EP3927448A1 - Filter medium for separating nitrogen oxides - Google Patents

Filter medium for separating nitrogen oxides

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EP3927448A1
EP3927448A1 EP20706212.6A EP20706212A EP3927448A1 EP 3927448 A1 EP3927448 A1 EP 3927448A1 EP 20706212 A EP20706212 A EP 20706212A EP 3927448 A1 EP3927448 A1 EP 3927448A1
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EP
European Patent Office
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layer
filter medium
activated carbon
impregnated
filter
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EP20706212.6A
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Simon Zapf
Volkmar Chowanietz
Christoph Hitzke
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Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a filter medium for separating nitrogen oxides from a gas mixture such as ambient air.
  • the present invention relates to a filter medium for separating nitrogen oxides from a gas mixture such as ambient air, the filter medium comprising three layers which contain different adsorbents.
  • WO 17/21661 1 A1 describes a device for cleaning ambient air by separating solid suspended matter such as dust, sand, pollen, particles with an aerodynamic diameter of less than 10 ⁇ m or less than 2.5 ⁇ m such as elemental carbon and organic carbon as well Gases such as hydrocarbons, carbon monoxide, nitrogen oxides, sulfur oxides and ammonia.
  • DE 10 2018 1 14 351 A1 describes a filter medium comprising at least one catalytic active layer which has catalytic activated carbon, a second active layer which has impregnated or catalytic activated carbon particles, a third active layer which has the impregnated or catalytic activated carbon particles, at least one active layer being impregnated Has activated carbon particles and the three layers are different from one another.
  • the filter medium adsorbs n-butane, volatile organic carbon compounds, SO2, H2S, NFI3 and formaldehyde.
  • the undesired constituents of the gas mixture are molecules that can only be separated physisorptively to a small extent, it is generally necessary for a highly efficient separation to retain these undesired molecular constituents by chemisorption in the filter medium. Suitable chemisorbents are required for this.
  • filter media which are suitable for partially or completely separating undesired constituents, in particular nitrogen oxides, from a gas mixture, in particular ambient air.
  • the filter media should lead to the lowest possible pressure loss in the gas flow to be cleaned.
  • the filter media remove the undesired constituents of the gas mixture from the gas stream in a highly efficient manner, at least partially, but preferably as comprehensively as possible, so that the filter media can be used in thin layers.
  • the present invention provides a solution to this problem.
  • a filter medium which comprises layers (A) to (C), wherein
  • the layer (A) comprises non-impregnated activated carbon
  • the layer (B) comprises a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt
  • the layer (C) comprises basic impregnated activated carbon
  • the layers (B) and (C) are arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (B) before the layer (C), and
  • the layer (A) is arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) before the layer (B) or the layer (A) after the layer (C).
  • the advantage of a non-impregnated activated carbon provided on the upstream side in layer A is used for VOC adsorption (aliphatic hydrocarbons, aromatics, aldehydes, etc.).
  • the filter medium according to the invention has particularly advantageous NO x adsorption properties, but the ambient air is also contaminated with hydrocarbons in the application (for example, interior filters for vehicles or ambient air filtration devices).
  • the upstream non-impregnated activated carbon thus ensures the VOC adsorption and prevents coadsorption of VOC's and nitrogen oxides in the subsequent layers in the direction of flow B and C so that they can act selectively NOx particularly two layers.
  • a method of manufacturing a filter medium according to the first aspect of the invention comprising the following steps:
  • the layers (B) and (C) are arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (B) before the layer (C),
  • the layer (A) is arranged so that a flowing through the filter medium
  • the invention includes the following embodiments.
  • Filter medium comprising three layers (A) to (C), wherein
  • the layer (A) comprises activated carbon
  • the layer (B) comprises a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt
  • the layer (C) comprises basic impregnated activated carbon
  • the layers (B) and (C) are arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (B) before the layer (C), and
  • the layer (A) is arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) before the layer (B) or the layer (A) after the layer (C).
  • each one of the layers (A) to (C) comprises an agent for stabilizing the layer.
  • Filter medium according to embodiment (6) the carrier layer being a textile carrier layer.
  • the layer (A) comprises activated carbon, but no carrier material which is impregnated with a permangnate salt, and no basic impregnated activated carbon;
  • the layer (B) a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt, but does not comprise any non-impregnated activated carbon and no basic impregnated activated carbon;
  • the layer (C) comprises basic impregnated activated carbon, but no carrier material which is impregnated with a permanganate salt, and no non-impregnated activated carbon.
  • the layer (A) consists of non-impregnated activated carbon and an agent for stabilizing the layer;
  • the layer (B) consists of a solid carrier material and an agent for stabilizing the layer which is impregnated with a permanganate salt;
  • the layer (C) consists of basic impregnated activated carbon and an agent for stabilizing the layer.
  • the activated carbon in layer (A) having a BET surface area of 300-1500 m 2 / g, in particular 500-1500 m 2 / g.
  • the solid carrier material of the layer (B) being selected from aluminum oxide (Al2O3), silica gel (S1O2), zirconium oxide (ZrC), titanium oxide (T1O2), zeolite , Kaolin, clay, bauxite, and a combination thereof.
  • the solid support material of layer (B) having a grain size of 200 to 3000 ⁇ m, preferably 230-2000 ⁇ m, more preferably 250-1000 ⁇ m, particularly preferably 300-800 ⁇ m, most preferably 350-600 pm.
  • the permanganate salt with which the solid carrier material of layer (B) is impregnated is selected from sodium permanganate (NaMnC), potassium permanganate (KMnC), magnesium permanganate (Mg (Mn0 4 ) 2 ), calcium permanganate (CaMnC), barium per manganate (BaMnC), lithium permanganate (LiMnC), and a combination there of.
  • the solid support material of layer (B) having a degree of impregnation of 2 to 20% by weight, preferably 3 to 15% by weight, particularly preferably 4 to 12% by weight.
  • the solid support material of layer (B) having a weight per unit area of 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 .
  • Filter medium according to one of the embodiments (1) - (28), wherein the base with which the activated carbon of the layer (C) is impregnated is a metal salt which contains as an anion an anion consisting of Flydroxide, carbonate and a Combination thereof is selected.
  • Filter medium according to embodiment (29), wherein the base with which the activated carbon of layer (C) is impregnated is selected from potassium hydroxide (KOFI), sodium hydroxide (NaOFI), potassium carbonate (K2CO3), sodium carbonate (Na 2 CO3 ) and a combination thereof.
  • KFI potassium hydroxide
  • NaOFI sodium hydroxide
  • K2CO3 potassium carbonate
  • Na 2 CO3 sodium carbonate
  • Filter medium according to one of the embodiments (29) or (30), wherein the base with which the activated carbon of the layer (C) is impregnated is selected from potassium hydroxide (KOFI), potassium carbonate (K2CO3) and a combination thereof.
  • Filter medium according to one of the embodiments (1) - (38), wherein the filter medium comprises a further layer (D), the layer (D) being selected from
  • layer (D) comprises a layer which comprises acid-impregnated activated carbon, the acid being selected from phosphoric acid (FI3PO4) and / or sulfuric acid (FI2SO4).
  • Filter medium according to one of the embodiments (1) - (42), wherein the filter medium has a total thickness of 6 mm or less, preferably 5 mm or less, more preferably 4 mm or less and most preferably 3.5 mm or we niger has.
  • Filter media body comprising a filter medium according to one of the embodiments (1) - (43), and at least one side band and / or at least one head band.
  • Filter element comprising (i) a filter media body according to embodiment (44) or a filter medium according to one of embodiments (1) - (43) and (ii) a frame, at least one pleat element and / or at least one seal.
  • Air filter comprising a housing and a filter element according to embodiment (45), a filter media body according to embodiment (44) or a filter medium according to one of embodiments (1) - (43).
  • the layers (B) and (C) are arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (B) before the layer (C),
  • the layer (A) is arranged so that a flowing through the filter medium
  • Fig. 1 shows a greatly simplified sectional view of a filter medium according to an embodiment of the present application.
  • nitrogen oxides refers to all known oxides of nitrogen, in particular nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ), but also nitrous oxide (N 2 O), nitrous oxide (N 2 O3) and nitrous oxide ( N 2 O 4 ). These oxides of nitrogen are in dynamic equilibria with one another, ie if one of these nitrogen oxides is present, the other nitrogen oxides mentioned are usually also formed, although the dynamic equilibrium is usually significantly on the side of nitrogen dioxide (NO 2 ), so that the other nitrogen oxides are in many cases only present in comparatively small amounts.
  • activated carbon in particular with regard to the non-impregnated activated carbon, denotes carbon with a highly porous, open-pored structure in the context of the present application.
  • the specific surface which can be determined by BET measurements, ie by gas adsorption measurements, is typically 300 m 2 / g or more.
  • Activated carbon is typically in fine-grained form, especially around to provide a larger specific surface.
  • Activated carbon can be produced from carbon-containing raw materials with coking and subsequent or simultaneous activation.
  • “Activation” refers to processes that serve to increase the porosity and thus the inner surface, which are usually divided into gas activation and chemical activation.
  • Gas activation is based on already coked material and exposes it to the oxidizing influence of a
  • the activation temperature is around 700-1000 C, with the carbon being partially burned after the water gas reaction, thus creating a porous, highly active carbon structure.
  • Chemical activation usually involves mixing first Uncarburized, carbonaceous material with dehydrating and oxidizing chemicals. The mixture is then heated to 400-800 ° C.
  • the activating agents e.g. zinc chloride, phosphoric acid or sulfuric acid
  • Activation can generally be carried out in a rotating tube -, Floor Scha cht, fluidized bed, fluidized bed or fluidized bed reactors.
  • Impregnated activated carbon differs in that after gas activation, a chemical (e.g. an acid or alkali) is applied to the activated carbon in a separate process step.
  • a chemical e.g. an acid or alkali
  • grain size of a particulate solid which can be, for example, an impregnated or non-impregnated carrier, is understood in the context of this application as a particle fraction which can be obtained by sieving from a particle mixture with a larger particle size distribution.
  • a grain size range is therefore specified as the "grain size", the upper and lower limits of which are defined by the mesh size of the sieves of a sieve cascade, between which the specified particle fraction collects during sieving.
  • the 30-80 mesh size refers to the fraction of particles that collects when sieved under a 30 mesh per inch (30 mesh) screen on an 80 mesh per inch (80 mesh) screen.
  • the term "degree of impregnation” refers to the loading of a carrier (e.g. activated carbon or Al2O3) with an impregnation agent (e.g. a Permanganate salt or a base such as NaOH).
  • an impregnation agent e.g. a Permanganate salt or a base such as NaOH.
  • the degree of impregnation (data in percent by weight,% by weight) can be determined according to the formula m (impregnation agent)
  • n (carrier) + m (impregnating agent) are calculated as a percentage by weight, where
  • chemisorption is understood to mean the accumulation of molecules, in particular from a gas mixture, on the surface of a carrier material with the formation of a chemical bond.
  • a molecule can form at least one form of chemical bond depending on its chemical nature, e.g. an ionic, covalent, or hydrogen bond, preferably a covalent bond.
  • the filter medium according to the invention comprises at least three layers, which are described in detail below.
  • Layer (A) comprises activated carbon.
  • layer (A) has a surface weight of 50 to 600 g / m 2 , in particular 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 .
  • the surface weight to be used can be varied depending on the strength of the desired adsorptive properties of the activated carbon (among other things depending on its grain size).
  • the layer (A) has a grain size of 10 to 80 mesh, preferably 30 to 60 mesh.
  • the grain size of the activated carbon can be controlled by suitable selection of the starting material for setting the activated carbon and / or the type of activation, and in particular can be adjusted by grinding and sieving.
  • the layer (A) has a BET surface area of 500 to 1500 m 2 / g. The BET surface area of the activated carbon can be controlled by suitable selection of the starting material for producing the activated carbon and / or the type of activation.
  • the weight per unit area, grain size and / or BET surface area of the activated carbon in layer (A) can be varied in order to adjust the adsorption capacity of layer (A).
  • layer (A) the strongest possible physisorption of undesired molecular components of a gas mixture flowing through (especially ozone, volatile organic carbon compounds (e.g. CO or n-butane), SO2, H2S, NH3 or formaldehyde) takes place.
  • Layer (B) comprises a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt.
  • the solid support material of the layer (B) is selected from aluminum oxide (Al2O3), silica gel (S1O2), zirconium oxide (Zr0 2 ), titanium oxide (T1O2), zeolite, kaolin, clay, bauxite and a combination thereof.
  • the solid support material of layer (B) is aluminum oxide (Al2O3).
  • the choice of a suitable solid carrier material can depend, among other things, on the impregnation agent and the degree of impregnation.
  • the solid support material of layer (B) has a grain size of 100 to 5000 ⁇ m.
  • the carrier material has a grain size between 200 to 3000 ⁇ m, preferably 300-2000 ⁇ m, more preferably 250-1000 ⁇ m, particularly preferably 350-800 ⁇ m, most preferably 350-600 ⁇ m.
  • the impregnating agent for the solid support material of layer (B) is a permanent salt selected from sodium permanganate (NaMnC), potassium permanganate (KMnC), magnesium permanganate (Mg (Mn04) 2), calcium permanganate (CaMnC), barium permanganate (BaMnC) Lithium permanganate (LiMnC), and a combination there of, the commercially available and cheaper compounds sodium permanganate (NaMnC) and / or potassium permanganate (KMnC) being preferred.
  • Impregnated solid support materials are commercially available.
  • the solid support material of the layer (B) can be impregnated with a permanganate salt or several permanganate salts as required.
  • permanganate salt The more soluble the permanganate salt is in water, the more preferred it is as a rule as an impregnating agent in layer (B). Furthermore, the use of a permanganate salt is preferred, with which the highest possible degree of impregnation can be achieved.
  • potassium permanganate (KMnC) is preferred on aluminum oxide (AI2O3) and sodium permanganate (NaMnC) is particularly preferred.
  • US 2015/0314262 A1 also describes various methods for impregnating a solid carrier material with a permanganate salt.
  • the solid support material has a degree of impregnation of 1 to 30% by weight, in particular 2 to 20% by weight, preferably 3 to 15% by weight, particularly preferably 4 to 12% by weight.
  • a suitable degree of impregnation is chosen with regard to the solid support material used.
  • the solid support material of layer (B) has a surface weight of 50 to 600 g / m 2 , in particular 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 .
  • Unwanted molecular components of the air are oxidized on layer (B).
  • NO is oxidized to NO2 at layer (B).
  • oxides of non-metals such as nitrogen and sulfur usually have acidic properties and thus react with basic materials, the oxidation on layer (B) enables chemisorption on the basic impregnated layer (C) to be particularly advantageous.
  • the oxidation capacity of layer (B) can be controlled, for example, by the weight per unit area and the degree of impregnation.
  • the layer (C) comprises a basic impregnated activated carbon.
  • the base is a metal salt containing as an anion an anion selected from hydroxide, carbonate and a combination thereof.
  • the base is selected from potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), potassium carbonate (K2CO3), sodium carbonate (Na 2 CO3) and a combination thereof.
  • KOH potassium hydroxide
  • NaOH sodium hydroxide
  • K2CO3 potassium carbonate
  • Na 2 CO3 sodium carbonate
  • the commercially available and inexpensive bases potassium hydroxide are particularly preferred (KOH) and / or potassium carbonate (K 2 CO 3 ).
  • the activated carbon of layer (C) can be impregnated with one base or several bases as required. The more soluble the base is in water, the more preferred it is as a rule as an impregnating agent in layer (C).
  • the activated carbon has a degree of impregnation of 1 to 30% by weight, in particular 5 to 20% by weight, preferably 10 to 15% by weight.
  • the activated carbon of the layer (C) has a weight per unit area of 50 to 600 g / m 2 , in particular from 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 2 .
  • the basis weight to be used can be varied depending on the strength of the desired adsorptive properties of the impregnated activated carbon (among other things depending on its degree of impregnation).
  • the layer (C) has a grain size of 10 to 80 mesh, preferably 30 to 60 mesh.
  • the grain size of the activated carbon can be controlled by suitable selection of the starting material for setting the activated carbon and / or the type of activation, and in particular can be adjusted by grinding and sieving.
  • the layer (C) has a BET surface area of 500 to 1500 m 2 / g.
  • the BET surface area of the activated carbon can be controlled by suitable selection of the starting material for setting the activated carbon and / or the type of activation.
  • the use of a base is preferred with which the highest possible degree of impregnation can be achieved. This can also be achieved if the activated carbon has the highest possible specific surface area and a process for impregnation (eg wet or spray process) is repeated several times with fresh base solution.
  • the impregnation of the activated carbon can be mixed with an aqueous solution of a suitable base of a certain concentration during its activation (in particular during gas activation) and then heated. During the heating process, the unwanted attached water molecules are removed from the activated carbon surface.
  • a Aqueous solution of a suitable base of a certain concentration is sprayed onto the activated carbon.
  • Undesired molecular components of the gas stream which have already flowed through the layer (B) and have acidic properties are deposited on the layer (C).
  • NO 2 but also SO 2 and SO3 are deposited in the presence of impregnated base molecules of the layer (C).
  • a high surface coverage i.e. a high degree of impregnation
  • the ability to chemisorb acidic noxious gas molecules can be increased, and in addition, a reducing property of the activated carbon undesirable in this layer can be minimized or completely suppressed. It can thus suppress the undesired reduction of harmful gases whose acidic properties are to be used for chemisorption by the base with which the active carbon of the layer (C) is impregnated.
  • the stabilizing agent serves to stabilize the planar arrangement of the carrier material (impregnated or non-impregnated activated carbon; solid carrier material impregnated with permanganate salt) against mechanical effects and to immobilize the carrier material.
  • one, two or each of layers (A) to (C) comprises an agent for stabilization.
  • two or more of the layers (A) to (C) comprise an agent for stabilization and the same agent for stabilization or different agents for stabilization are present in the two or more layers.
  • each of the layers (A) to (C) comprises an agent for stabilization.
  • the stabilizing agent is selected from an adhesive, a carrier layer and a combination thereof. The amount and / or the type of stabilizing agent should be selected so that a pressure drop in the gas flowing through the filter medium is largely avoided. The stabilizing agent should therefore be an air-permeable agent.
  • the carrier layer is a textile carrier layer.
  • the textile carrier layer is a fleece.
  • the fleece consists of polymer fibers.
  • Preferred polymer components of the fleece can be selected from polyurethane, polyester, polypropylene, polyethylene, polyamide, polyacrylonitrile, polycarbonate, and combinations thereof.
  • a suitable means of stabilization can be made depending on the nature of the layer to be stabilized (A), (B) and / or (C), in particular depending on chemical and physical parameters such as weight per unit area, grain size, BET surface area, composition, Impregnation or degree of impregnation. Furthermore, the choice of a suitable means of stabilization can depend on the amount of carrier material (impregnated or non-impregnated activated carbon; solid carrier material impregnated with permanganate salt) on a specific layer single layer is sufficient for stabilization or one or more stabilizers are combined.
  • carrier material impregnated or non-impregnated activated carbon; solid carrier material impregnated with permanganate salt
  • the filter medium can have at least one further layer that comprises acid-impregnated activated carbon, potassium iodide-impregnated activated carbon, a flat textile material or a combination thereof.
  • a further layer can thus comprise acid-impregnated activated carbon, the acid being selected in particular from phosphoric acid (FI3PO 4 ), sulfuric acid (FI 2 SO 4 ), and a combination thereof. Acid impregnation is used, for example, to specifically remove alkaline gases such as ammonia or amines.
  • a further layer can comprise potassium iodide-impregnated activated carbon, which is suitable for the targeted removal of harmful gases such as hydrogen sulfide (H 2 S) and mercaptans.
  • harmful gases such as hydrogen sulfide (H 2 S) and mercaptans.
  • a further layer can comprise flat textile material which consists of natural fibers, synthetic polymer fibers or a combination thereof. This layer serves to remove particles from the gas flowing through.
  • the textile Flat material is a woven fabric, a knitted fabric, a knitted fabric or a fleece.
  • Layers (B) and (C) are arranged in the filter medium in such a way that a gas flowing through the filter medium flows through layer (B) before layer (C).
  • This special feature allows harmful gases to be removed from the ambient air in the most efficient way.
  • harmful gases eg NO
  • the deposition is preferably carried out by chemisorption. A targeted and efficient removal of undesirable acidic gases (such as nitrogen oxides) from the air is achieved.
  • the layer (A) is arranged in such a way that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) before the layer (B) or the layer (A) after the layer (C).
  • the layer (A) in the filter medium is arranged on the outflow side (gas flows through layer (A) after layers (B) and (C)).
  • layer (A) is arranged in the filter medium on the inflow side (gas flows through layer (A) before layers (B) and (C)).
  • harmful gases can be at least partially separated before the gas stream reaches layers (B) and (C).
  • the capacity of layers (B) and (C) can thus be used efficiently for those harmful gases that cannot be adsorbed in layer (A), so that the service life of layers (B) and (C) is increased can be.
  • each of the layers (A) to (C) has a different composition. This feature is particularly targeted Successive reactions achieved, whereby harmful gases are converted into harmful gas intermediates in layers and finally irreversibly deposited on layer (C). In this way, undesirable and counterproductive side reactions can be avoided.
  • a filter medium 10 is shown according to an embodiment of the invention, in particular for an air filter, in particular an interior filter or for a fuel cell, the filter medium having an outer layer (A) 12, the activated carbon particles 12a comprises; a second, middle layer (B) 14 which comprises a particle of solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt 14a; and a third, outer layer 16 comprising basic impregnated activated carbon particles 16a.
  • the activated carbon particles 12a of the layer (A) 12 of the filter medium 10 can, as shown schematically in FIG. 1, also be immobilized by adding an agent for stabilization 18, for example an adhesive.
  • the adhesive 18 can advantageously be based on polyurethane.
  • the activated carbon particles 12a of the layer (A) 12 can have a weight per unit area of 50 to 600 g / m 2 , in particular from 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 2 .
  • the layer (A) 12 allows before geous a pre-separation of harmful gases from the ambient air. However, a reduction of NO2 to NO can take place in layer (A).
  • the particles of solid carrier material which are impregnated with a permanganate salt 14a, the second, middle layer (B) 14, of the filter medium 10 can, as shown schematically in FIG. 1, also be immobilized by adding a stabilizing agent 18, for example an adhesive become.
  • the adhesive 18 can be based on polyurethane, for example.
  • the middle layer (B) 14 has permanganate salt-impregnated, solid carrier material particles on which, among other things, Nitric oxide molecules (NO) are oxidized to nitrogen dioxide molecules (NO2).
  • NO Nitric oxide molecules
  • the degree of impregnation can be 1 to 30% by weight, in particular 2 to 20% by weight, preferably 3 to 15% by weight, particularly preferably 4 to 12% by weight.
  • the particles 14a of the middle layer 14 can particularly advantageously have a surface weight of 50 to 600 g / m 2 , in particular 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 2 .
  • the basic impregnated activated carbon particles 16a of the second layer (C) 16 can, as shown schematically in FIG. 1, also be immobilized by adding an agent for stabilization 18, for example an adhesive.
  • the adhesive 18 can advantageously be based on polyurethane.
  • the third layer (C) 16 has basic impregnated activated carbon particles 16a on which nitrogen dioxide molecules (NO2) are deposited by chemisorption. Chemisorption enables a chemical and therefore stronger bond to the adsorbent than physisorption, whereby harmful gases (in particular nitrogen oxides) are advantageously bound.
  • NO2 nitrogen dioxide molecules
  • the particles 16a of the third layer (C) 16 can particularly advantageously have a surface weight of 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 .
  • the filter medium 10 can also have a carrier layer 22, in particular a textile carrier layer 22, in particular a carrier layer 22 designed as a fleece.
  • the filter medium shown in FIG. 2 essentially corresponds to that shown in FIG. 1.
  • the filter medium 10 also has a particle filter layer 20, which can in particular be designed as one or more fleece layer (s).
  • the filter media body comprises a filter medium according to the invention and at least one side band and / or at least one head band.
  • the filter media body is designed as a wound body, layered as a flat filter or folded as a filter bellows.
  • the filter element comprises a filter media body according to the invention and / or comprises a filter medium according to the invention and a frame, at least one Hal teelement and / or at least one seal.
  • the air filter comprises a filter media body according to the invention and / or a filter medium according to the invention.
  • a method for producing a filter medium according to the invention comprising the steps: applying a layer (A) comprising activated carbon, applying a layer (B) comprising a solid support material which is impregnated with a permanganate salt, applying a layer (C) comprising a basic impregnated activated carbon, if the layer (A) is arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) before the layer (B), or
  • a method for producing a further filter medium comprising the steps: applying a layer (B) comprising a solid carrier material impregnated with a permanganate salt, applying a layer (C) comprising a basic impregnated activated carbon, applying a layer (A) comprising Activated carbon if the layer (A) is arranged in such a way that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) after the layer (C), so that
  • the layers (B) and (C) are arranged in such a way that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (B) before the layer (C); the layer (A) is arranged in such a way that a gas flowing through the filter medium Gas flows through the layer (A) before the layer (B) or the layer (A) after the layer (C).
  • each of the applied layers (A) to (C) has a different composition.
  • Another method for producing a filter medium according to the invention wherein at least one further layer (D) is applied to the first and to the last applied layer, or at least one further layer (D) is applied to the first or to the last applied layer.
  • a filter medium according to the invention, a filter media body according to the invention, a filter element according to the invention or an air filter according to the invention can be used in a device for cleaning ambient air.
  • the device can be an outside air purifier or an ambient air purification device, air conditioning system, ventilation system Act ventilation system or a fuel cell, in particular a fuel cell air filter, in particular a fuel cell cathode air filter.
  • Example 1 filter medium containing three adsorbents in a three-layer structure
  • adsorbents Three adsorbents are provided: (a) activated carbon, (b) alumina impregnated with potassium permanganate, and (c) basic impregnated activated carbon.
  • the activated carbon contained in the adsorbents (a) - (c) is water vapor-activated activated carbon (grain size 30x60 mesh, specific surface 1000 m 2 / g;).
  • the adsorbent (a) consists of this activated carbon, which is used without any further pretreatment.
  • the adsorbent thus obtained had a degree of impregnation of 6%.
  • the adsorbent was stored under the following conditions until it was used: 23 ° C, 50% r.h.
  • the activated carbon was impregnated with an aqueous solution of potassium carbonate.
  • the impregnated activated carbon thus obtained had a degree of impregnation of 10 m.%.
  • the impregnated activated carbon was stored under the following conditions until it was used: 23 ° C, 50% r.h.
  • a filter medium with a three-layer structure was made from these adsorbents (a) - (c) by adding a layer of adsorbent (a) with a basis weight of 400 g / m 2 , a layer of adsorbent (b) with a basis weight of 1300 g / m 2 and a layer of the adsorbent (c) with a weight per unit area of 400 g / m 2 are each arranged on a porous support with a diameter of 185 mm.
  • the porous supports with the layer of the respective adsorbent were arranged one above the other in such a way that that the adsorbents could flow through in the order (a) - (b) - (c), ie as shown in FIG.
  • the filter medium was placed in a test stand and first conditioned by heating to 80 ° C. for 15 minutes while the test gas mixture was allowed to flow through the filter medium.
  • the test gas used was air with a temperature of 23 ⁇ 1 ° C and a relative humidity of 50 ⁇ 3%, to which 15 ⁇ 1 ppm nitrogen monoxide (NO) and 15 ⁇ 1 ppm nitrogen dioxide (NO2) were added.
  • this test gas was allowed to flow through the filter medium at a speed of 10 cm / s ( ⁇ 2%) for a test duration of 60 minutes.
  • the pressure loss across the filter medium and the concentration of total nitrogen oxides (NOx) and nitrogen monoxide (NO) in the outflowing test gas (i.e. after flowing through the filter medium) were measured in parallel (FTIR), with measured values being recorded every 10 seconds over the entire duration of the test.
  • the concentration of nitrogen dioxide (NO2) was calculated as the difference between the concentration of total nitrogen oxides (NOx) and the concentration of nitrogen monoxide (NO).
  • the results are shown in Table 1.
  • the concentration of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide are given in percent relative to the concentration of the respective gas before it flows through the filter medium. Since nitrogen dioxide sometimes reacts with activated carbon to form nitrogen monoxide when it is brought into contact, relative concentrations of nitrogen monoxide of more than 100% are observed in some cases in the test gas flowing out.
  • Comparative example 1 - filter medium containing three adsorbents mixed in a layered structure A single-layer filter medium was produced using adsorbents (a) - (c) as described in Example 1. For this purpose, a layer with a surface weight of 2100 g / m 2 of a homogeneous mixture of 400 parts by weight of the adsorbent (a), 1300 parts by weight of the adsorbent (b) and 400 parts by weight of the adsorbent (c) on a porous support with a Formed diameter of 185 mm.
  • the filter medium formed in this way was placed in a test stand, conditioned and its adsorption properties examined as described in Example 1.
  • Comparative Example 2 - Filter Medium Containing an Adsorbent in Single-Layer Structure Using the adsorbent (a) as described in Example 1, a single-layer filter medium was produced. For this purpose, a layer with a surface weight of 2100 g / m 2 was formed from the adsorbent (a) on a porous carrier with a diameter of 185 mm.
  • the filter medium formed in this way was placed in a test stand, conditioned and its adsorption properties examined as described in Example 1.

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Abstract

The invention describes a filter medium (10) comprising at least three layers: layer (A) comprising non-impregnated activated carbon, layer (B) comprising a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt, and layer (C) comprising alkaline impregnated activated carbon, wherein layers (B) and (C) are arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through layer (B) before layer (C), and layer (A) is arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through layer (A) before layer (B) or flows through layer (A) after layer (C). The invention also discloses: a filter media body comprising the filter medium; a filter element comprising the filter media body or the filter medium; an air filter comprising the filter element or the filter media body or the filter medium; a production method for producing the filter medium; and the use of the filter medium, the filter media body or the filter element.

Description

Filtermedium zur Abscheidung von Stickoxiden Filter medium for the separation of nitrogen oxides
Technisches Gebiet der Erfindung Technical field of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtermedium zur Abscheidung von Stickoxiden aus einem Gasgemisch wie etwa Umgebungsluft. Insbesondere betrifft die vorliegende Er findung ein Filtermedium zur Abscheidung von Stickoxiden aus einem Gasgemisch wie etwa Umgebungsluft, wobei das Filtermedium drei Schichten umfasst, die verschiedene Adsorbentien enthalten. The present invention relates to a filter medium for separating nitrogen oxides from a gas mixture such as ambient air. In particular, the present invention relates to a filter medium for separating nitrogen oxides from a gas mixture such as ambient air, the filter medium comprising three layers which contain different adsorbents.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Weltweit besteht in vielen Ballungszentren das Problem, dass die Umgebungsluft durch Industrieabgase, den Straßenverkehr und private Feuerstätten vor allem bei widrigen Wetterlagen (wenig oder kein Niederschlag, Inversion, geringe Windgeschwindigkeiten, kein Luftaustausch zwischen Höhenschichten) Grenzwerte für Feinstaub und/oder Schadgase wie Ozon, NOx, CO um ein Vielfaches überschritten werden können. Maß nahmen, die zu einer Reduktion der Schadstoffkonzentrationen führen, können entwe der in der Vermeidung oder Reduzierung von Emissionen und/oder der Abscheidung dieser Schadstoffe aus der Umgebungsluft liegen. Die Vermeidung oder Reduzierung von Emissionen erfordert i.d.R. ein großflächig umgesetztes Maßnahmenkonzept und ist daher kurzfristig kaum darstellbar. Die Abscheidung der Schadstoffe aus der Umge bungsluft könnte nach individuellem Bedarf in Wohn- und Aufenthaltsräumen des tägli chen Lebens und insbesondere auch in einer stark mit Schadstoffen belasteten Umge bung durch Einsatz geeigneter Filtersysteme erreicht werden. Beispielsweise könnte die Schadstoffkonzentration in der Umgebungsluft im Innenraum von Automobilen, die sich in Ballungsräumen zwangsläufig in einer stark mit Schadstoffen belasteten Umgebung bewegen, durch geeignete Filter vermindert werden, wobei die Abtrennung von Fein staub und Stickoxiden von besonderem Interesse ist. In many metropolitan areas around the world, there is the problem that the ambient air is subject to limit values for fine dust and / or harmful gases such as ozone, especially in adverse weather conditions (little or no precipitation, inversion, low wind speeds, no air exchange between layers of high altitude) NO x , CO can be exceeded many times over. Measures that lead to a reduction in pollutant concentrations can either be the avoidance or reduction of emissions and / or the separation of these pollutants from the ambient air. The avoidance or reduction of emissions usually requires a large-scale implemented concept of measures and is therefore hardly feasible in the short term. The separation of pollutants from the ambient air could be achieved according to individual needs in living rooms and common rooms of daily life and especially in an environment heavily contaminated with pollutants by using suitable filter systems. For example, the concentration of pollutants in the ambient air in the interior of automobiles, which in urban areas inevitably move in an environment heavily loaded with pollutants, could be reduced by suitable filters, with the separation of fine dust and nitrogen oxides being of particular interest.
WO 17/21661 1 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Reinigung von Umgebungsluft durch Abscheidung von festen Schwebstoffen wie Staub, Sand, Pollen, Partikeln mit einem aerodynamischen Durchmesser von weniger als 10 pm oder weniger als 2,5 pm wie etwa elementarem Kohlenstoff und organischem Kohlenstoff sowie Gasen wie Kohlen wasserstoffen, Kohlenmonoxid, Stickoxiden, Schwefeloxiden und Ammoniak. DE 10 2018 1 14 351 A1 beschreibt ein Filtermedium umfassend mindestens eine kata lytische Aktivschicht, die katalytische Aktivkohle aufweist, eine zweite Aktivschicht, die imprägnierte oder katalytische Aktivkohlepartikel aufweist, eine dritte Aktivschicht, die die imprägnierte oder katalytische Aktivkohlepartikel aufweist, wobei mindestens eine Aktivschicht imprägnierte Aktivkohlepartikel aufweist und die drei Schichten zueinander unterschiedlich sind. Das Filtermedium adsorbiert n-Butan, flüchtige organische Kohlen stoffverbindungen, SO2, H2S, NFI3 und Formaldehyd. WO 17/21661 1 A1 describes a device for cleaning ambient air by separating solid suspended matter such as dust, sand, pollen, particles with an aerodynamic diameter of less than 10 μm or less than 2.5 μm such as elemental carbon and organic carbon as well Gases such as hydrocarbons, carbon monoxide, nitrogen oxides, sulfur oxides and ammonia. DE 10 2018 1 14 351 A1 describes a filter medium comprising at least one catalytic active layer which has catalytic activated carbon, a second active layer which has impregnated or catalytic activated carbon particles, a third active layer which has the impregnated or catalytic activated carbon particles, at least one active layer being impregnated Has activated carbon particles and the three layers are different from one another. The filter medium adsorbs n-butane, volatile organic carbon compounds, SO2, H2S, NFI3 and formaldehyde.
Insbesondere, wenn die unerwünschten Bestandteile des Gasgemisches Moleküle sind, die physisorptiv in nur geringem Maße abscheidbar sind, ist es für eine hocheffiziente Abtrennung in der Regel erforderlich, diese unerwünschten molekularen Bestandteile durch Chemisorption im Filtermedium festzuhalten. Dafür sind geeignete Chemisorben- tien erforderlich. In particular, if the undesired constituents of the gas mixture are molecules that can only be separated physisorptively to a small extent, it is generally necessary for a highly efficient separation to retain these undesired molecular constituents by chemisorption in the filter medium. Suitable chemisorbents are required for this.
Es besteht trotz der im Stand der Technik dargestellten Forschungsarbeiten der fort währende Bedarf, Filtermedien bereit zu stellen, die geeignet sind, unerwünschte Be standteile, insbesondere Stickoxide, aus einem Gasgemisch, insbesondere Umge bungsluft, teilweise oder vollständig abzutrennen. Die Filtermedien sollen einerseits zu einem möglichst niedrigen Druckverlust in dem zu reinigenden Gasstrom führen. Dazu ist es in der Regel erforderlich, dass die Filtermedien die unerwünschten Bestandteile des Gasgemisches in hocheffizienter Weise aus dem Gasstrom zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch möglichst umfassend, entfernen, damit die Filtermedien in gerin gen Schichtdicken eingesetzt werden können. Despite the research work presented in the prior art, there is a continuing need to provide filter media which are suitable for partially or completely separating undesired constituents, in particular nitrogen oxides, from a gas mixture, in particular ambient air. On the one hand, the filter media should lead to the lowest possible pressure loss in the gas flow to be cleaned. To this end, it is generally necessary that the filter media remove the undesired constituents of the gas mixture from the gas stream in a highly efficient manner, at least partially, but preferably as comprehensively as possible, so that the filter media can be used in thin layers.
Andererseits sollen in den Filtermedien kostengünstige und gut handhabbare Agentien zum Einsatz kommen. On the other hand, inexpensive and easily manageable agents should be used in the filter media.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Lösung zu diesem Problem bereitgestellt. The present invention provides a solution to this problem.
Kurzbeschreibung der Erfindung Brief description of the invention
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Filtermedium bereitgestellt, das die Schichten (A) bis (C) umfasst, wobei According to a first aspect of the invention, a filter medium is provided which comprises layers (A) to (C), wherein
die Schicht (A) nicht imprägnierte Aktivkohle umfasst, the layer (A) comprises non-impregnated activated carbon,
die Schicht (B) ein festes Trägermaterial umfasst, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und die Schicht (C) basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst, the layer (B) comprises a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt, and the layer (C) comprises basic impregnated activated carbon,
wobei in which
die Schichten (B) und (C) so angeordnet sind, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (B) vor der Schicht (C) durchströmt, und the layers (B) and (C) are arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (B) before the layer (C), and
die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) oder die Schicht (A) nach der Schicht (C) durchströmt. the layer (A) is arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) before the layer (B) or the layer (A) after the layer (C).
Der Vorteil einer anströmseitig vorgesehenen nicht imprägnierten Aktivkohle in Lage A dient der VOC-Adsorption (aliphatische Kohlenwasserstoffe, Aromaten, Aldehyde usw.). Das erfindungsgemäße Filtermedium hat dadurch besonders vorteilhafte NOx Adsorpti onseigenschaften, jedoch ist die Umgebungsluft im Anwendungsfall (z.B. Innenraumfil ter für Fahrzeuge oder Umgebungsluftfiltrationsvorrichtung) auch mit Kohlenwasser stoffen kontaminiert. Die vorgelagerte nicht imprägnierte Aktivkohle gewährleistet somit die VOC-Adsorption und verhindert eine Koadsorption von VOC's und Stickoxiden in den in Strömungsrichtung nachfolgenden Schichten B und C, sodass diese beiden Schichten besonders NOx-selektiv wirken können. The advantage of a non-impregnated activated carbon provided on the upstream side in layer A is used for VOC adsorption (aliphatic hydrocarbons, aromatics, aldehydes, etc.). The filter medium according to the invention has particularly advantageous NO x adsorption properties, but the ambient air is also contaminated with hydrocarbons in the application (for example, interior filters for vehicles or ambient air filtration devices). The upstream non-impregnated activated carbon thus ensures the VOC adsorption and prevents coadsorption of VOC's and nitrogen oxides in the subsequent layers in the direction of flow B and C so that they can act selectively NOx particularly two layers.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst: According to a further aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a filter medium according to the first aspect of the invention, comprising the following steps:
(i) Aufbringen einer Schicht (A) umfassend Aktivkohle; (i) applying a layer (A) comprising activated carbon;
(ii) Aufbringen einer Schicht (B) umfassend ein festes Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist; (ii) applying a layer (B) comprising a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt;
(iii) Aufbringen einer Schicht (C) umfassend einer basisch imprägnierten Aktiv kohle, (iii) applying a layer (C) comprising a basic impregnated activated carbon,
wenn die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömen des Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) durchströmt; when the layer (A) is arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) before the layer (B);
oder umfassend die Schritte or comprising the steps
(i) Aufbringen einer Schicht (B) umfassend ein festes Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist; (i) applying a layer (B) comprising a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt;
(ii) Aufbringen einer Schicht (C) umfassend einer basisch imprägnierten Aktiv kohle, (ii) applying a layer (C) comprising a basic impregnated activated carbon,
(iii) Aufbringen einer Schicht (A) umfassend Aktivkohle, wenn die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömen des Gas die Schicht (A) nach der Schicht (C) durchströmt; (iii) applying a layer (A) comprising activated carbon, when the layer (A) is arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) after the layer (C);
so dass so that
die Schichten (B) und (C) so angeordnet sind, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (B) vor der Schicht (C) durchströmt, the layers (B) and (C) are arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (B) before the layer (C),
die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömendes the layer (A) is arranged so that a flowing through the filter medium
Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) oder die Schicht (A) nach der Schicht (C) durchströmt. Gas flows through the layer (A) before the layer (B) or the layer (A) after the layer (C).
Dabei umfasst die Erfindung die folgenden Ausführungsformen. The invention includes the following embodiments.
(1 ) Filtermedium umfassend drei Schichten (A) bis (C), wobei (1) Filter medium comprising three layers (A) to (C), wherein
die Schicht (A) Aktivkohle umfasst, the layer (A) comprises activated carbon,
die Schicht (B) ein festes Trägermaterial umfasst, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und the layer (B) comprises a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt, and
die Schicht (C) basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst, the layer (C) comprises basic impregnated activated carbon,
wobei in which
die Schichten (B) und (C) so angeordnet sind, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (B) vor der Schicht (C) durchströmt, und the layers (B) and (C) are arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (B) before the layer (C), and
die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) oder die Schicht (A) nach der Schicht (C) durchströmt. the layer (A) is arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) before the layer (B) or the layer (A) after the layer (C).
(2) Filtermedium gemäß Ausführungsform (1 ), wobei jede der Schichten (A) bis (C) eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist. (2) Filter medium according to embodiment (1), wherein each of the layers (A) to (C) has a different composition.
(3) Filtermedium gemäß Ausführungsform (1 ) oder Ausführungsform (2), wobei eine, zwei (3) Filter medium according to embodiment (1) or embodiment (2), where one, two
oder jede einzelne der Schichten (A) bis (C) ein Mittel zur Stabilisierung der Schicht umfasst. or each one of the layers (A) to (C) comprises an agent for stabilizing the layer.
(4) Filtermedium gemäß Ausführungsform (3), wobei zwei oder mehr der Schichten (A) bis (C) ein Mittel zur Stabilisierung der Schicht umfassen und in den zwei oder mehr Schichten das gleiche Mittel zur Stabilisierung der Schicht oder unterschied liche Mittel zur Stabilisierung vorliegen. (4) Filter medium according to embodiment (3), wherein two or more of the layers (A) to (C) comprise an agent for stabilizing the layer and the same agent for stabilizing the layer or different agents for stabilization in the two or more layers exist.
(5) Filtermedium gemäß der Ausführungsform (3) oder der Ausführungsform (4), wo bei das Mittel zur Stabilisierung der Schicht ausgewählt ist aus einem Klebstoff, einer Trägerlage und einer Kombination davon. (6) Filtermedium gemäß Ausführungsform (5), wobei das Mittel zur Stabilisierung der Schicht eine Trägerlage ist. (5) Filter medium according to embodiment (3) or embodiment (4), where the means for stabilizing the layer is selected from an adhesive, a carrier layer and a combination thereof. (6) Filter medium according to embodiment (5), wherein the means for stabilizing the layer is a carrier layer.
(7) Filtermedium gemäß Ausführungsform (6), wobei die Trägerlage eine textile Trä gerlage ist. (7) Filter medium according to embodiment (6), the carrier layer being a textile carrier layer.
(8) Filtermedium gemäß Ausführungsform (7), wobei die Trägerlage ein Vlies ist. (8) Filter medium according to embodiment (7), wherein the carrier layer is a fleece.
(9) Filtermedium gemäß Ausführungsform (8), wobei das Vlies aus Polymerfasern be steht, wobei das Polymer ausgewählt ist aus Polyurethan, Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polyamid, Polyacrylnitril, Polycarbonat und Kombinationen davon.(9) Filter medium according to embodiment (8), wherein the nonwoven consists of polymer fibers, the polymer being selected from polyurethane, polyester, polypropylene, polyethylene, polyamide, polyacrylonitrile, polycarbonate and combinations thereof.
(10) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(9), wobei die Schichten (A) bis (C) so angeordnet sind, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) und die Schicht (B) vor der Schicht (C) durchströmt.(10) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (9), wherein the layers (A) to (C) are arranged such that a gas flowing through the filter medium, the layer (A) before the layer (B) and the Layer (B) flows through before layer (C).
(1 1 ) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(9), wobei die Schichten (A) bis (C) so angeordnet sind, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (B) vor der Schicht (C) und die Schicht (C) vor der Schicht (A) durchströmt.(1 1) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (9), wherein the layers (A) to (C) are arranged such that a gas flowing through the filter medium passes the layer (B) in front of the layer (C) and the layer (C) flows through before the layer (A).
(12) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(1 1 ), wobei (12) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (11), wherein
die Schicht (A) Aktivkohle, aber kein Trägermaterial, das mit einem Permanga natsalz imprägniert ist, und keine basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst; the layer (A) comprises activated carbon, but no carrier material which is impregnated with a permangnate salt, and no basic impregnated activated carbon;
die Schicht (B) ein festes Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz impräg niert ist, aber keine nicht imprägnierte Aktivkohle und keine basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst; the layer (B) a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt, but does not comprise any non-impregnated activated carbon and no basic impregnated activated carbon;
die Schicht (C) basisch imprägnierte Aktivkohle, aber kein Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und keine nicht imprägnierte Aktivkohle umfasst. the layer (C) comprises basic impregnated activated carbon, but no carrier material which is impregnated with a permanganate salt, and no non-impregnated activated carbon.
(13) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(12), wobei (13) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (12), wherein
die Schicht (A) aus nicht imprägnierter Aktivkohle und einem Mittel zur Stabilisie rung der Schicht besteht; the layer (A) consists of non-impregnated activated carbon and an agent for stabilizing the layer;
die Schicht (B) aus einem festen Trägermaterial und einem Mittel zur Stabilisierung der Schicht, die mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, besteht; the layer (B) consists of a solid carrier material and an agent for stabilizing the layer which is impregnated with a permanganate salt;
die Schicht (C) aus basisch imprägnierter Aktivkohle und einem Mittel zur Stabili sierung der Schicht besteht. the layer (C) consists of basic impregnated activated carbon and an agent for stabilizing the layer.
(14) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(13), wobei die Schicht (A) ein Flächengewicht von 50 bis 600 g/m2 aufweist. (15) Filtermedium gemäß Ausführungsform (14), wobei die Schicht (A) ein Flächenge wicht von 100 bis 500 g/m2, bevorzugt 150 bis 400 g/m2, mehr bevorzugt 200 bis 300 g/m2 hat. (14) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (13), the layer (A) having a weight per unit area of 50 to 600 g / m 2 . (15) Filter medium according to embodiment (14), the layer (A) having a surface weight of 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 .
(16) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(15), wobei die Aktivkohle in Schicht (A) eine Korngröße von 10 bis 80 mesh aufweist. (16) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (15), the activated carbon in layer (A) having a grain size of 10 to 80 mesh.
(17) Filtermedium gemäß Ausführungsform (16), wobei die Aktivkohle in Schicht (A) eine Korngröße von 30 bis 60 mesh aufweist. (17) Filter medium according to embodiment (16), wherein the activated carbon in layer (A) has a grain size of 30 to 60 mesh.
(18) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(17), wobei die Aktivkohle in Schicht (A) eine BET-Oberfläche von 300-1500 m2/g aufweist, insbesondere 500-1500 m2/g. (18) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (17), the activated carbon in layer (A) having a BET surface area of 300-1500 m 2 / g, in particular 500-1500 m 2 / g.
(19) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(18), wobei das feste Trä germaterial der Schicht (B) ausgewählt ist aus Aluminiumoxid (AI2O3), Kieselgel (S1O2), Zirkonoxid (ZrC ), Titanoxid (T1O2), Zeolith, Kaolin, Ton, Bauxit und einer Kombination davon. (19) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (18), the solid carrier material of the layer (B) being selected from aluminum oxide (Al2O3), silica gel (S1O2), zirconium oxide (ZrC), titanium oxide (T1O2), zeolite , Kaolin, clay, bauxite, and a combination thereof.
(20) Filtermedium gemäß Ausführungsform (19), wobei das feste Trägermaterial der Schicht (B), das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, AI2O3 ist. (20) Filter medium according to embodiment (19), wherein the solid support material of layer (B), which is impregnated with a permanganate salt, is Al2O3.
(21 ) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(20), wobei das feste Trä germaterial der Schicht (B) eine Korngröße von 100 bis 5000 pm aufweist. (21) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (20), the solid carrier material of the layer (B) having a grain size of 100 to 5000 μm.
(22) Filtermedium gemäß Ausführungsform (21 ), wobei das feste Trägermaterial der Schicht (B) eine Korngröße von 200 bis 3000 pm, bevorzugt 230-2000 pm, mehr bevorzugt 250-1000 pm, besonders bevorzugt 300-800 pm, am meisten bevorzugt 350-600 pm aufweist. (22) Filter medium according to embodiment (21), the solid support material of layer (B) having a grain size of 200 to 3000 μm, preferably 230-2000 μm, more preferably 250-1000 μm, particularly preferably 300-800 μm, most preferably 350-600 pm.
(23) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(22), wobei das Permanga natsalz, mit dem das feste Trägermaterial der Schicht (B) imprägniert ist, ausge wählt ist aus Natriumpermanganat (NaMnC ), Kaliumpermanganat (KMnC ), Mag nesiumpermanganat (Mg(Mn04)2), Calciumpermanganat (CaMnC ), Bariumper manganat (BaMnC ), Lithiumpermanganat (LiMnC ), und einer Kombination da von. (23) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (22), the permanganate salt with which the solid carrier material of layer (B) is impregnated is selected from sodium permanganate (NaMnC), potassium permanganate (KMnC), magnesium permanganate (Mg (Mn0 4 ) 2 ), calcium permanganate (CaMnC), barium per manganate (BaMnC), lithium permanganate (LiMnC), and a combination there of.
(24) Filtermedium gemäß Ausführungsform (23), wobei das Permanganatsalz, mit dem das feste Trägermaterial der Schicht (B) imprägniert ist, ausgewählt ist aus Natri umpermanganat (NaMnC ), Kaliumpermanganat (KMnC ), und einer Kombination davon. (25) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(24), wobei das feste Trä germaterial der Schicht (B) einen Imprägnierungsgrad von 1 bis 30 Gew.% auf weist. (24) Filter medium according to embodiment (23), wherein the permanganate salt with which the solid support material of layer (B) is impregnated is selected from sodium permanganate (NaMnC), potassium permanganate (KMnC), and a combination thereof. (25) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (24), wherein the solid carrier material of the layer (B) has a degree of impregnation of 1 to 30% by weight.
(26) Filtermedium gemäß Ausführungsform (25), wobei das feste Trägermaterial der Schicht (B) einen Imprägnierungsgrad von 2 bis 20 Gew. %, bevorzugt 3 bis 15 Gew. %, besonders bevorzugt 4 bis 12 Gew. %, aufweist. (26) Filter medium according to embodiment (25), the solid support material of layer (B) having a degree of impregnation of 2 to 20% by weight, preferably 3 to 15% by weight, particularly preferably 4 to 12% by weight.
(27) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(26), wobei das feste Trä germaterial der Schicht (B) ein Flächengewicht von 50 bis 600 g/m2 aufweist.(27) Filter medium according to one of embodiments (1) - (26), the solid carrier material of layer (B) having a weight per unit area of 50 to 600 g / m 2 .
(28) Filtermedium gemäß Ausführungsform (27), wobei das feste Trägermaterial der Schicht (B) ein Flächengewicht von 100 bis 500 g/m2, bevorzugt 150 bis 400 g/m2, mehr bevorzugt 200 bis 300 g/m2 hat. (28) Filter medium according to embodiment (27), the solid support material of layer (B) having a weight per unit area of 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 .
(29) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(28), wobei die Base, mit der die Aktivkohle der Schicht (C) imprägniert ist, ein Metallsalz ist, das als Anion ein Anion enthält, das aus Flydroxid, Carbonat und einer Kombination davon aus- gewählt ist. (29) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (28), wherein the base with which the activated carbon of the layer (C) is impregnated is a metal salt which contains as an anion an anion consisting of Flydroxide, carbonate and a Combination thereof is selected.
(30) Filtermedium gemäß Ausführungsform (29), wobei die Base, mit der die Aktivkohle der Schicht (C) imprägniert ist, ausgewählt ist aus Kaliumhydroxid (KOFI), Natri umhydroxid (NaOFI), Kaliumcarbonat (K2CO3), Natriumcarbonat (Na2C03) und ei ner Kombination davon. (30) Filter medium according to embodiment (29), wherein the base with which the activated carbon of layer (C) is impregnated is selected from potassium hydroxide (KOFI), sodium hydroxide (NaOFI), potassium carbonate (K2CO3), sodium carbonate (Na 2 CO3 ) and a combination thereof.
(31 ) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (29) oder (30), wobei die Base, mit der die Aktivkohle der Schicht (C) imprägniert ist, ausgewählt ist aus Kalium hydroxid (KOFI), Kaliumcarbonat (K2CO3) und einer Kombination davon. (31) Filter medium according to one of the embodiments (29) or (30), wherein the base with which the activated carbon of the layer (C) is impregnated is selected from potassium hydroxide (KOFI), potassium carbonate (K2CO3) and a combination thereof.
(32) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(31 ), wobei die basisch im prägnierte Aktivkohle der Schicht (C) einen Imprägnierungsgrad von 1 bis 30 Gew.% aufweist. (32) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (31), the basic impregnated activated carbon of layer (C) having a degree of impregnation of 1 to 30% by weight.
(33) Filtermedium gemäß Ausführungsform (32), wobei die basisch imprägnierte Aktiv kohle der Schicht (C) einen Imprägnierungsgrad von 5 bis 20 Gew. %, bevorzugt 10 bis 15 Gew. % aufweist. (33) Filter medium according to embodiment (32), wherein the basic impregnated activated carbon of layer (C) has a degree of impregnation of 5 to 20% by weight, preferably 10 to 15% by weight.
(34) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(33), wobei die Schicht (C) ein Flächengewicht von 50 bis 600 g/m2 aufweist. (34) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (33), the layer (C) having a weight per unit area of 50 to 600 g / m 2 .
(35) Filtermedium gemäß Ausführungsform (34), wobei die Schicht (C) ein Flächenge wicht von 100 bis 500 g/m2, bevorzugt 150 bis 400 g/m2, mehr bevorzugt 200 bis 300 g/m2 hat. (36) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(35), wobei die basisch im prägnierte Aktivkohle der Schicht (C) eine Korngröße von 10 bis 80 mesh aufweist.(35) Filter medium according to embodiment (34), the layer (C) having a surface weight of 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 . (36) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (35), wherein the basic impregnated activated carbon of layer (C) has a grain size of 10 to 80 mesh.
(37) Filtermedium gemäß Ausführungsform (35), wobei die basisch imprägnierte Aktiv kohle der Schicht (C) eine Korngröße von 30 bis 60 mesh aufweist. (37) Filter medium according to embodiment (35), wherein the basic impregnated activated carbon of layer (C) has a grain size of 30 to 60 mesh.
(38) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(37), wobei die basisch im prägnierte Aktivkohle in Schicht (C) eine BET-Oberfläche von 300-1500 m2/g auf weist, insbesondere 500-1500 m2/g . (38) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (37), wherein the basic impregnated activated carbon in layer (C) has a BET surface area of 300-1500 m 2 / g, in particular 500-1500 m 2 / g .
(39) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(38), wobei das Filterme dium eine weitere Schicht (D) umfasst, wobei die Schicht (D) ausgewählt ist aus (39) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (38), wherein the filter medium comprises a further layer (D), the layer (D) being selected from
(i) einer Schicht, die säureimprägnierte Aktivkohle umfasst, (i) a layer comprising acid-impregnated activated carbon,
(ii) einer Schicht, die Kaliumiodid-imprägnierte Aktivkohle umfasst, und (ii) a layer comprising potassium iodide-impregnated activated carbon, and
(iii) einer Schicht, die textiles flächiges Material bestehend aus Naturfasern, syn thetischen Polymerfasern oder einer Kombination davon umfasst, und (iii) a layer comprising the flat textile material consisting of natural fibers, synthetic polymer fibers or a combination thereof, and
(iv) einer Schicht, die eine Kombination von zwei oder mehr der Schichten (i), (ii) oder (iii) ist. (iv) a layer which is a combination of two or more of layers (i), (ii) or (iii).
(40) Filtermedium gemäß der Ausführungsform (39), wobei die Schicht (D) so angeord net ist, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (D) als erste Schicht oder als letzte Schicht des Filtermediums durchströmt. (40) Filter medium according to embodiment (39), the layer (D) being arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through layer (D) as the first layer or as the last layer of the filter medium.
(41 ) Filtermedium gemäß der Ausführungsform (39) oder (40), wobei das textile flä chige Material ein Gewebe, ein Gewirke, ein Gestrick oder ein Vlies ist. (41) Filter medium according to embodiment (39) or (40), wherein the textile flat material is a woven fabric, a knitted fabric, a knitted fabric or a fleece.
(42) Filtermedium gemäß der Ausführungsform (39) oder (40), wobei die Schicht (D) eine Schicht umfasst, die säureimprägnierte Aktivkohle umfasst, wobei die Säure ausgewählt ist aus Phosphorsäure (FI3PO4) und/oder Schwefelsäure (FI2SO4). (42) Filter medium according to embodiment (39) or (40), wherein layer (D) comprises a layer which comprises acid-impregnated activated carbon, the acid being selected from phosphoric acid (FI3PO4) and / or sulfuric acid (FI2SO4).
(43) Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(42), wobei das Filterme dium eine Gesamtdicke von 6 mm oder weniger, bevorzugt 5 mm oder weniger, mehr bevorzugt 4 mm oder weniger und am meisten bevorzugt 3,5 mm oder we niger aufweist. (43) Filter medium according to one of the embodiments (1) - (42), wherein the filter medium has a total thickness of 6 mm or less, preferably 5 mm or less, more preferably 4 mm or less and most preferably 3.5 mm or we niger has.
(44) Filtermedienkörper, umfassend ein Filtermedium gemäß einer der Ausführungsfor men (1 )-(43), und mindestens ein Seitenband und/oder mindestens ein Kopfband. (44) Filter media body comprising a filter medium according to one of the embodiments (1) - (43), and at least one side band and / or at least one head band.
(45) Filterelement umfassend (i) einen Filtermedienkörper gemäß Ausführungsform (44) oder ein Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(43) und (ii) einen Rahmen, mindestens ein Flalteelement und/oder mindestens eine Dichtung. (46) Luftfilter umfassend ein Gehäuse und ein Filterelement gemäß Ausführungsform (45), ein Filtermedienkörper gemäß Ausführungsform (44) oder ein Filtermedium gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(43). (45) Filter element comprising (i) a filter media body according to embodiment (44) or a filter medium according to one of embodiments (1) - (43) and (ii) a frame, at least one pleat element and / or at least one seal. (46) Air filter comprising a housing and a filter element according to embodiment (45), a filter media body according to embodiment (44) or a filter medium according to one of embodiments (1) - (43).
(47) Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums umfassend drei Schichten (A) bis (C) gemäß einer der Ausführungsformen (1 )-(43), umfassend die Schritte: (47) A method for producing a filter medium comprising three layers (A) to (C) according to one of the embodiments (1) - (43), comprising the steps:
(i) Aufbringen einer Schicht (A) umfassend Aktivkohle; (i) applying a layer (A) comprising activated carbon;
(ii) Aufbringen einer Schicht (B) umfassend ein festes Trägermaterial, das mit ei nem Permanganatsalz imprägniert ist; (ii) applying a layer (B) comprising a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt;
(iii) Aufbringen einer Schicht (C) umfassend eine basisch imprägnierten Aktiv kohle, (iii) applying a layer (C) comprising a basic impregnated activated carbon,
wenn die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömen des Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) durchströmt; when the layer (A) is arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) before the layer (B);
oder umfassend die Schritte or comprising the steps
(i) Aufbringen einer Schicht (B) umfassend ein festes Trägermaterial, das mit ei nem Permanganatsalz imprägniert ist; (i) applying a layer (B) comprising a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt;
(ii) Aufbringen einer Schicht (C) umfassend einer basisch imprägnierten Aktiv kohle, (ii) applying a layer (C) comprising a basic impregnated activated carbon,
(iii) Aufbringen einer Schicht (A) umfassend Aktivkohle, (iii) applying a layer (A) comprising activated carbon,
wenn die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömen des Gas die Schicht (A) nach der Schicht (C) durchströmt; when the layer (A) is arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) after the layer (C);
so dass so that
die Schichten (B) und (C) so angeordnet sind, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (B) vor der Schicht (C) durchströmt, the layers (B) and (C) are arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (B) before the layer (C),
die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömendes the layer (A) is arranged so that a flowing through the filter medium
Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) oder die Schicht (A) nach der Schicht (C) durchströmt. Gas flows through the layer (A) before the layer (B) or the layer (A) after the layer (C).
(48) Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums gemäß Ausführungsform (47), wo bei jede der Schichten (A) bis (C) eine unterschiedliche Zusammensetzung auf weist. (48) A method for producing a filter medium according to embodiment (47), where each of the layers (A) to (C) has a different composition.
(49) Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums gemäß Ausführungsform (47) oder Ausführungsform (48), wobei mindestens eine weitere Schicht (D) auf die zuerst und/oder auf die zuletzt aufgebrachte Schicht der Schichten (A) bis (C) aufgebracht wird. (50) Verwendung eines Filtermediums gemäß eines der Ausführungsformen (1 )-(43), eines Filtermedienkörpers gemäß Ausführungsform (44), eines Filterelements ge mäß Ausführungsform (45) oder eines Luftfilters gemäß Ausführungsform (46) in einer Vorrichtung zur Reinigung von Umgebungsluft. (49) Method for producing a filter medium according to embodiment (47) or embodiment (48), wherein at least one further layer (D) is applied to the first and / or to the last layer of layers (A) to (C) applied. (50) Use of a filter medium according to one of the embodiments (1) - (43), a filter media body according to embodiment (44), a filter element according to embodiment (45) or an air filter according to embodiment (46) in a device for cleaning ambient air.
(51 ) Verwendung gemäß Ausführungsform (50), wobei die Vorrichtung zur Reinigung von Umgebungsluft in einer Klimatisierungsanlage, einer Lüftungsanlage, einem Ventilationssystem oder einer Brennstoffzelle, insbesondere einem Brennstoffzel lenluftfilter, insbesondere einem Brennstoffzellen-Kathodenluftfilter angeordnet ist. (51) Use according to embodiment (50), wherein the device for cleaning ambient air is arranged in an air conditioning system, a ventilation system, a ventilation system or a fuel cell, in particular a fuel cell air filter, in particular a fuel cell cathode air filter.
Figuren characters
Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte Schnittansicht eines Filtermediums gemäß einer Aus führungsform der vorliegenden Anmeldung. Fig. 1 shows a greatly simplified sectional view of a filter medium according to an embodiment of the present application.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Nachfolgend wird die Erfindung detailliert beschrieben. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden die im Folgenden aufgeführten Begriffe zur Beschreibung der Erfin dung verwendet. Diese Begriffe sind dem Fachmann bekannt und werden mit den im Folgenden erläuternden Bedeutungen verwendet. The invention is described in detail below. In the context of the present application, the terms listed below are used to describe the invention. These terms are known to the person skilled in the art and are used with the meanings explained below.
Mit dem Begriff "Stickoxide" werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung alle be kannten Oxide des Stickstoffs bezeichnet, insbesondere Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2), aber auch Distickstoffmonoxid (N2O), Distickstofftrioxid (N2O3) und Distickstofftetroxid (N2O4). Diese Oxide des Stickstoffs stehen miteinander in dyna mischen Gleichgewichten, d.h. bei Vorliegen eines dieser Stickoxide bilden sich in der Regel auch die anderen genannten Stickoxide, wenngleich das dynamisch Gleichge wicht in der Regel deutlich auf der Seite des Stickstoffdioxids (NO2) liegt, so dass die anderen Stickoxide in vielen Fällen nur in vergleichsweise geringen Mengen vorliegen. In the context of the present application, the term "nitrogen oxides" refers to all known oxides of nitrogen, in particular nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ), but also nitrous oxide (N 2 O), nitrous oxide (N 2 O3) and nitrous oxide ( N 2 O 4 ). These oxides of nitrogen are in dynamic equilibria with one another, ie if one of these nitrogen oxides is present, the other nitrogen oxides mentioned are usually also formed, although the dynamic equilibrium is usually significantly on the side of nitrogen dioxide (NO 2 ), so that the other nitrogen oxides are in many cases only present in comparatively small amounts.
Der Begriff "Aktivkohle", insbesondere bezüglich der nicht imprägnierten Aktivkohle, be zeichnet im Rahmen der vorliegenden Anmeldung Kohlenstoff mit hochporöser, offen poriger Struktur. Die spezifische Oberfläche, die durch BET-Messungen, d.h. durch Gasadsorptionsmessungen, ermittelt werden kann, beträgt typischerweise 300 m2/g o- der mehr. Typischerweise liegt Aktivkohle in feinkörniger Form vor, insbesondere um eine größere spezifische Oberfläche bereitzustellen. Aktivkohle kann aus kohlenstoff haltigen Rohstoffen unter Verkokung und anschließender oder gleichzeitiger Aktivierung hergestellt werden. Unter 'Aktivierung" werden dabei Verfahren bezeichnet, die der Ver größerung der Porosität und somit der inneren Oberfläche dienen, die üblicherweise in Gasaktivierung und chemische Aktivierung unterteilt werden. Bei der Gasaktivierung geht man von bereits verkoktem Material aus und setzt dieses dem oxidierenden Ein fluss eines Gasstromes, wie z.B. Wasserdampf, Kohlendioxid, Luft oder deren Gemi sche aus. Die Aktivierungstemperatur liegt bei etwa 700-1000 C, wobei der Kohlenstoff nach der Wassergasreaktion partiell verbrannt wird und somit ein poröses hochaktives Kohlenstoffgerüst entsteht. Bei der chemischen Aktivierung mischt man zunächst meist unverkohltes, kohlenstoffhaltiges Material mit dehydratisierenden und oxidierend wir kenden Chemikalien. Anschließend wird die Mischung auf 400-800 °C erhitzt. Die Akti vierungsmittel (z.B. Zinkchlorid, Phosphorsäure oder Schwefelsäure) werden anschlie ßend ausgewaschen und zurückgewonnen. Die Aktivierung kann generell in Dreh- rohr-, Etagen- Schacht-, Wirbelschichtöfen, Wirbelschicht- oder Fließbettreaktoren durchgeführt werden. The term "activated carbon", in particular with regard to the non-impregnated activated carbon, denotes carbon with a highly porous, open-pored structure in the context of the present application. The specific surface, which can be determined by BET measurements, ie by gas adsorption measurements, is typically 300 m 2 / g or more. Activated carbon is typically in fine-grained form, especially around to provide a larger specific surface. Activated carbon can be produced from carbon-containing raw materials with coking and subsequent or simultaneous activation. "Activation" refers to processes that serve to increase the porosity and thus the inner surface, which are usually divided into gas activation and chemical activation. Gas activation is based on already coked material and exposes it to the oxidizing influence of a The activation temperature is around 700-1000 C, with the carbon being partially burned after the water gas reaction, thus creating a porous, highly active carbon structure. Chemical activation usually involves mixing first Uncarburized, carbonaceous material with dehydrating and oxidizing chemicals. The mixture is then heated to 400-800 ° C. The activating agents (e.g. zinc chloride, phosphoric acid or sulfuric acid) are then washed out and recovered. Activation can generally be carried out in a rotating tube -, Floor Scha cht, fluidized bed, fluidized bed or fluidized bed reactors.
Eine imprägnierte Aktivkohle unterscheidet sich insofern, dass nach der Gasaktivierung in einem separaten Verfahrensschritt eine Chemikalie (z.B. eine Säure oder Lauge) auf die Aktivkohle aufgebracht wird. Impregnated activated carbon differs in that after gas activation, a chemical (e.g. an acid or alkali) is applied to the activated carbon in a separate process step.
Unter dem Begriff "Korngröße" eines teilchenförmigen Feststoffs, der beispielsweise ein imprägnierter oder nicht-imprägnierter Träger sein kann, versteht man im Rahmen die ser Anmeldung eine Teilchenfraktion, die durch Sieben aus einer Teilchenmischung mit größerer Teilchengrößenverteilung erhalten werden kann. Als "Korngröße" wird daher in der Regel ein Korngrößenbereich angegeben, dessen Ober- und Untergrenze durch die Maschenweite der Siebe einer Siebkaskade definiert wird, zwischen denen sich die bezeichnete Teilchenfraktion beim Sieben ansammelt. Beispielweise bezeichnet die Korngröße 30-80 mesh die Teilchenfraktion, die sich beim Sieben unter einem Sieb mit 30 Maschen pro Zoll (30 mesh) auf einem Sieb mit 80 Maschen pro Zoll (80 mesh) sammelt. The term "grain size" of a particulate solid, which can be, for example, an impregnated or non-impregnated carrier, is understood in the context of this application as a particle fraction which can be obtained by sieving from a particle mixture with a larger particle size distribution. As a rule, a grain size range is therefore specified as the "grain size", the upper and lower limits of which are defined by the mesh size of the sieves of a sieve cascade, between which the specified particle fraction collects during sieving. For example, the 30-80 mesh size refers to the fraction of particles that collects when sieved under a 30 mesh per inch (30 mesh) screen on an 80 mesh per inch (80 mesh) screen.
Mit dem Begriff "Imprägnierungsgrad" wird im Rahmen dieser Anmeldung die Beladung eines Trägers (z.B. Aktivkohle oder AI2O3) mit einem Imprägnierungsmittel (z.B. einem Permanganatsalz oder einer Base wie NaOH) bezeichnet. Der Imprägnierungsgrad (An gaben in Gewichtsprozent, Gew.%) kann entsprechend der Formel m (Imprägnierungsmittel) In the context of this application, the term "degree of impregnation" refers to the loading of a carrier (e.g. activated carbon or Al2O3) with an impregnation agent (e.g. a Permanganate salt or a base such as NaOH). The degree of impregnation (data in percent by weight,% by weight) can be determined according to the formula m (impregnation agent)
Impräqnierunqsqrad =—— - r - - - — Impräqnierunqsqrad = --— - r - - - -
m (Träger) + m (Imprägnierungsmittel) als Gewichtsprozentsatz berechnet werden, wobei m (carrier) + m (impregnating agent) are calculated as a percentage by weight, where
m (Imprägnierungsmittel) = Masse des eingesetzten Imprägnierungsmittels und m (Träger) = Masse des eingesetzten Trägermaterials. m (impregnation agent) = mass of the impregnation agent used and m (carrier) = mass of the carrier material used.
Unter dem Begriff "Chemisorption" wird im Rahmen dieser Anmeldung die Anlagerung von Molekülen, insbesondere aus einem Gasgemisch, an der Oberfläche eines Träger materials unter Ausbildung einer chemischen Bindung verstanden. Ein Molekül kann je nach seiner chemischen Beschaffenheit mindestens eine Form der chemischen Bin dung eingehen, z.B. eine ionische, kovalente, oder Wasserstoffbrückenbindung, vor zugsweise eine kovalente Bindung. In the context of this application, the term “chemisorption” is understood to mean the accumulation of molecules, in particular from a gas mixture, on the surface of a carrier material with the formation of a chemical bond. A molecule can form at least one form of chemical bond depending on its chemical nature, e.g. an ionic, covalent, or hydrogen bond, preferably a covalent bond.
Das erfindungsgemäße Filtermedium umfasst mindestens drei Schichten, die nachfol gend im Detail beschrieben werden. The filter medium according to the invention comprises at least three layers, which are described in detail below.
Schicht (A) Layer (A)
Schicht (A) umfasst Aktivkohle. In einer Ausführungsform weist die Schicht (A) ein Flä chengewicht von 50 bis 600 g/m2 auf, insbesondere von 100 bis 500 g/m2, bevorzugt 150 bis 400 g/m2, mehr bevorzugt 200 bis 300 g/m2. Das zu verwendende Flächenge wicht kann je nach Stärke der erwünschten adsorptiven Eigenschaften der Aktivkohle (u.a. abhängig von dessen Korngröße) variiert werden. Layer (A) comprises activated carbon. In one embodiment, layer (A) has a surface weight of 50 to 600 g / m 2 , in particular 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 . The surface weight to be used can be varied depending on the strength of the desired adsorptive properties of the activated carbon (among other things depending on its grain size).
In einer weiteren Ausführungsform weist die Schicht (A) eine Korngröße von 10 bis 80 mesh auf, bevorzugt von 30 bis 60 mesh. Die Korngröße der Aktivkohle kann durch geeignete Auswahl des Ausgangsmaterials zur Fierstellung der Aktivkohle und/o der Art der Aktivierung gesteuert werden und insbesondere durch Mahlen und Sieben eingestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform weist die Schicht (A) eine BET-Oberfläche von 500 bis 1500 m2/g auf. Die BET-Oberfläche der Aktivkohle kann durch geeignete Aus wahl des Ausgangsmaterials zur Herstellung der Aktivkohle und/oder Art der Aktivierung gesteuert werden. In a further embodiment, the layer (A) has a grain size of 10 to 80 mesh, preferably 30 to 60 mesh. The grain size of the activated carbon can be controlled by suitable selection of the starting material for setting the activated carbon and / or the type of activation, and in particular can be adjusted by grinding and sieving. In a further embodiment, the layer (A) has a BET surface area of 500 to 1500 m 2 / g. The BET surface area of the activated carbon can be controlled by suitable selection of the starting material for producing the activated carbon and / or the type of activation.
Flächengewicht, Korngröße und/oder BET-Oberfläche der Aktivkohle in Schicht (A) kön nen variiert werden, um die Adsorptionskapazität der Schicht (A) einzustellen. In der Schicht (A) erfolgt eine möglichst starke Physisorption von unerwünschten molekularen Bestandteilen eines durchströmenden Gasgemisches (insbesondere von Ozon, flüch tige organische Kohlenstoffverbindungen (z.B. CO oder n-Butan), SO2, H2S, NH3 oder Formaldehyd). The weight per unit area, grain size and / or BET surface area of the activated carbon in layer (A) can be varied in order to adjust the adsorption capacity of layer (A). In layer (A), the strongest possible physisorption of undesired molecular components of a gas mixture flowing through (especially ozone, volatile organic carbon compounds (e.g. CO or n-butane), SO2, H2S, NH3 or formaldehyde) takes place.
Schicht (B) Layer (B)
Schicht (B) umfasst ein festes Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz impräg niert ist. In einer Ausführungsform ist das feste Trägermaterial der Schicht (B) ausge wählt aus Aluminiumoxid (AI2O3), Kieselgel (S1O2), Zirkonoxid (Zr02), Titanoxid (T1O2), Zeolith, Kaolin, Ton, Bauxit und einer Kombination davon. In einer bevorzugten Ausfüh rungsform ist das feste Trägermaterial der Schicht (B) Aluminiumoxid (AI2O3). Die Wahl eines geeigneten festen Trägermaterials kann u.a. vom Imprägnierungsmittel und dem Imprägnierungsgrad abhängen. Layer (B) comprises a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt. In one embodiment, the solid support material of the layer (B) is selected from aluminum oxide (Al2O3), silica gel (S1O2), zirconium oxide (Zr0 2 ), titanium oxide (T1O2), zeolite, kaolin, clay, bauxite and a combination thereof. In a preferred embodiment, the solid support material of layer (B) is aluminum oxide (Al2O3). The choice of a suitable solid carrier material can depend, among other things, on the impregnation agent and the degree of impregnation.
In einer weiteren Ausführungsform weist das feste Trägermaterial der Schicht (B) eine Korngröße von 100 bis 5000 pm auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Trä germaterial eine Korngröße zwischen 200 bis 3000 pm, bevorzugt 300-2000 pm, mehr bevorzugt 250-1000 pm, besonders bevorzugt 350-800 pm, am meisten bevorzugt 350-600 pm aufweist. In a further embodiment, the solid support material of layer (B) has a grain size of 100 to 5000 μm. In a further embodiment, the carrier material has a grain size between 200 to 3000 μm, preferably 300-2000 μm, more preferably 250-1000 μm, particularly preferably 350-800 μm, most preferably 350-600 μm.
Das Imprägnierungsmittel für das feste Trägermaterial der Schicht (B) ist ein Perman ganatsalz, das ausgewählt ist aus Natriumpermanganat (NaMnC ), Kaliumpermanganat (KMnC ), Magnesiumpermanganat (Mg(Mn04)2), Calciumpermanganat (CaMnC ), Ba riumpermanganat (BaMnC ), Lithiumpermanganat (LiMnC ), und einer Kombination da von, wobei die handelsüblichen und kostengünstigeren Verbindungen Natriumperman ganat (NaMnC ) und/oder Kaliumpermanganat (KMnC ) bevorzugt sind. Imprägnierte feste T rägermaterialien sind kommerziell erhältlich. Das feste T rägermaterial der Schicht (B) kann dabei je nach Bedarf mit einem Permanganatsalz oder mehreren Permanga natsalz imprägniert sein. Je besser löslich das Permanganatsalz in Wasser ist, desto bevorzugter ist es in der Regel als Imprägnierungsmittel in Schicht (B). Ferner ist die Anwendung eines Permanganatsalzes bevorzugt, mit dem ein möglichst hoher Impräg nierungsgrad erreicht werden kann. So ist auf Aluminiumoxid (AI2O3) Kaliumpermanga nat (KMnC ) bevorzugt und Natriumpermanganat (NaMnC ) besonders bevorzugt. The impregnating agent for the solid support material of layer (B) is a permanent salt selected from sodium permanganate (NaMnC), potassium permanganate (KMnC), magnesium permanganate (Mg (Mn04) 2), calcium permanganate (CaMnC), barium permanganate (BaMnC) Lithium permanganate (LiMnC), and a combination there of, the commercially available and cheaper compounds sodium permanganate (NaMnC) and / or potassium permanganate (KMnC) being preferred. Impregnated solid support materials are commercially available. The solid support material of the layer (B) can be impregnated with a permanganate salt or several permanganate salts as required. The more soluble the permanganate salt is in water, the more preferred it is as a rule as an impregnating agent in layer (B). Furthermore, the use of a permanganate salt is preferred, with which the highest possible degree of impregnation can be achieved. For example, potassium permanganate (KMnC) is preferred on aluminum oxide (AI2O3) and sodium permanganate (NaMnC) is particularly preferred.
US 2015/0314262 A1 beschreibt zudem verschiedene Verfahren zur Imprägnierung ei nes festen Trägermaterials mit einem Permanganatsalz. US 2015/0314262 A1 also describes various methods for impregnating a solid carrier material with a permanganate salt.
Das feste Trägermaterial weist einen Imprägnierungsgrad von 1 bis 30 Gew. % auf, ins besondere 2 bis 20 Gew. %, bevorzugt 3 bis 15 Gew. %, besonders bevorzugt 4 bis 12 Gew. %. Ein geeigneter Imprägnierungsgrad wird in Hinsicht auf das verwendete feste Trägermaterial gewählt. The solid support material has a degree of impregnation of 1 to 30% by weight, in particular 2 to 20% by weight, preferably 3 to 15% by weight, particularly preferably 4 to 12% by weight. A suitable degree of impregnation is chosen with regard to the solid support material used.
In einer Ausführungsform weist das feste Trägermaterial der Schicht (B) ein Flächenge wicht von 50 bis 600 g/m2 auf, insbesondere von 100 bis 500 g/m2, bevorzugt 150 bis 400 g/m2, mehr bevorzugt 200 bis 300 g/m2. In one embodiment, the solid support material of layer (B) has a surface weight of 50 to 600 g / m 2 , in particular 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 .
Unerwünschte molekulare Bestandteile der Luft werden an Schicht (B) oxidiert. Insbe sondere wird beispielsweise NO an Schicht (B) zu NO2 oxidiert. Da Oxide von Nichtme tallen wie etwa Stickstoff und Schwefel in der Regel saure Eigenschaften aufweisen und somit mit basischen Materialien reagieren, wird durch die Oxidation an Schicht (B) eine Chemisorption an der basisch imprägnierten Schicht (C) besonders vorteilhaft möglich. Die Oxidationskapazität der Schicht (B) kann beispielsweise durch das Flächengewicht und den Imprägnierungsgrad gesteuert werden. Unwanted molecular components of the air are oxidized on layer (B). In particular, for example, NO is oxidized to NO2 at layer (B). Since oxides of non-metals such as nitrogen and sulfur usually have acidic properties and thus react with basic materials, the oxidation on layer (B) enables chemisorption on the basic impregnated layer (C) to be particularly advantageous. The oxidation capacity of layer (B) can be controlled, for example, by the weight per unit area and the degree of impregnation.
Schicht (C) Layer (C)
Die Schicht (C) umfasst eine basisch imprägnierte Aktivkohle. Bei der Base handelt es sich um ein Metallsalz, das als Anion ein Anion enthält, das aus Hydroxid, Carbonat und einer Kombination davon ausgewählt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Base ausgewählt aus Kaliumhydroxid (KOH), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumcarbonat (K2CO3), Natriumcarbonat (Na2C03) und einer Kombination davon. Besonders bevor zugt sind hierbei die handelsüblichen und kostengünstigen Basen Kaliumhydroxid (KOH) und/oder Kaliumcarbonat (K2CO3). Die Aktivkohle der Schicht (C) kann dabei je nach Bedarf mit einer Base oder mehreren Basen imprägniert sein. Je besser löslich die Base in Wasser ist, desto bevorzugter ist sie in der Regel als Imprägnierungsmittel in Schicht (C). The layer (C) comprises a basic impregnated activated carbon. The base is a metal salt containing as an anion an anion selected from hydroxide, carbonate and a combination thereof. In a preferred embodiment, the base is selected from potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), potassium carbonate (K2CO3), sodium carbonate (Na 2 CO3) and a combination thereof. The commercially available and inexpensive bases potassium hydroxide are particularly preferred (KOH) and / or potassium carbonate (K 2 CO 3 ). The activated carbon of layer (C) can be impregnated with one base or several bases as required. The more soluble the base is in water, the more preferred it is as a rule as an impregnating agent in layer (C).
Die Aktivkohle weist einen Imprägnierungsgrad von 1 bis 30 Gew. % auf, insbesondere 5 bis 20 Gew. %, bevorzugt 10 bis 15 Gew. %. The activated carbon has a degree of impregnation of 1 to 30% by weight, in particular 5 to 20% by weight, preferably 10 to 15% by weight.
In einer Ausführungsform weist die Aktivkohle der Schicht (C) ein Flächengewicht von 50 bis 600 g/m2 auf, insbesondere von 100 bis 500 g/m2, bevorzugt 150 bis 400 g/m2, mehr bevorzugt 200 bis 300 g/m2. Das zu verwendende Flächengewicht kann je nach Stärke der erwünschten adsorptiven Eigenschaften der imprägnierten Aktivkohle (u.a. abhängig von dessen Imprägnierungsgrad) variiert werden. In one embodiment, the activated carbon of the layer (C) has a weight per unit area of 50 to 600 g / m 2 , in particular from 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 2 . The basis weight to be used can be varied depending on the strength of the desired adsorptive properties of the impregnated activated carbon (among other things depending on its degree of impregnation).
In einer weiteren Ausführungsform weist die Schicht (C) eine Korngröße von 10 bis 80 mesh auf, bevorzugt von 30 bis 60 mesh. Die Korngröße der Aktivkohle kann durch geeignete Auswahl des Ausgangsmaterials zur Fierstellung der Aktivkohle und/o der Art der Aktivierung gesteuert werden und insbesondere durch Mahlen und Sieben eingestellt werden. In a further embodiment, the layer (C) has a grain size of 10 to 80 mesh, preferably 30 to 60 mesh. The grain size of the activated carbon can be controlled by suitable selection of the starting material for setting the activated carbon and / or the type of activation, and in particular can be adjusted by grinding and sieving.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Schicht (C) eine BET-Oberfläche von 500 bis 1500 m2/g auf. Die BET-Oberfläche der Aktivkohle kann durch geeignete Aus wahl des Ausgangsmaterials zur Fierstellung der Aktivkohle und/oder Art der Aktivierung gesteuert werden. In a further embodiment, the layer (C) has a BET surface area of 500 to 1500 m 2 / g. The BET surface area of the activated carbon can be controlled by suitable selection of the starting material for setting the activated carbon and / or the type of activation.
Ferner ist die Anwendung einer Base bevorzugt, mit der ein möglichst hoher Imprägnie rungsgrad erreicht werden kann. Dies kann zudem erreicht werden, indem die Aktiv kohle eine möglichst hohe spezifische Oberfläche aufweist und ein Verfahren zur Im prägnierung (z.B. Nass- oder Sprühverfahren) mehrmals mit frischer Basen-Lösung wie derholt wird. Beim Nassverfahren kann die Imprägnierung der Aktivkohle während ihrer Aktivierung (insbesondere während der Gasaktivierung) mit einer wässrigen Lösung aus geeigneter Base bestimmter Konzentration versetzt und anschließend erhitzt werden. Während der Erhitzung werden die unerwünschten angelagerten Wassermoleküle aus der Aktivkohlenoberfläche entfernt. Im Gegensatz dazu wird im Sprühverfahren eine wässrige Lösung aus geeigneter Base bestimmter Konzentration auf die Aktivkohle ge sprüht. Furthermore, the use of a base is preferred with which the highest possible degree of impregnation can be achieved. This can also be achieved if the activated carbon has the highest possible specific surface area and a process for impregnation (eg wet or spray process) is repeated several times with fresh base solution. In the wet process, the impregnation of the activated carbon can be mixed with an aqueous solution of a suitable base of a certain concentration during its activation (in particular during gas activation) and then heated. During the heating process, the unwanted attached water molecules are removed from the activated carbon surface. In contrast, a Aqueous solution of a suitable base of a certain concentration is sprayed onto the activated carbon.
Unerwünschte molekulare Bestandteile des Gasstroms, die bereits durch die Schicht (B) geströmt sind und saure Eigenschaften aufweisen, werden an der Schicht (C) abge schieden. Insbesondere wird NO2, aber auch SO2 und SO3, in Gegenwart von impräg nierten Base-Molekülen der Schicht (C) abgeschieden. Undesired molecular components of the gas stream which have already flowed through the layer (B) and have acidic properties are deposited on the layer (C). In particular, NO 2 , but also SO 2 and SO3, are deposited in the presence of impregnated base molecules of the layer (C).
Es ist daher wünschenswert, die Oberfläche der Aktivkohle möglichst effizient durch Ba senmoleküle zu bedecken. Durch eine hohe Bedeckung der Oberfläche, d.h. einen ho hen Imprägnierungsgrad, kann einerseits die Fähigkeit, saure Schadgasmoleküle zu chemisorbieren, gesteigert werden, und zudem kann eine in dieser Schicht uner wünschte reduzierende Eigenschaft der Aktivkohle minimiert oder vollständig unter drückt werden. Es kann somit die unerwünschte Reduktion von Schadgasen unterdrückt werden, deren saure Eigenschaften zur Chemisorption durch die Base, mit der die Ak tivkohle der Schicht (C) imprägniert ist, genutzt werden sollen. It is therefore desirable to cover the surface of the activated carbon with base molecules as efficiently as possible. A high surface coverage, i.e. a high degree of impregnation, on the one hand, the ability to chemisorb acidic noxious gas molecules can be increased, and in addition, a reducing property of the activated carbon undesirable in this layer can be minimized or completely suppressed. It can thus suppress the undesired reduction of harmful gases whose acidic properties are to be used for chemisorption by the base with which the active carbon of the layer (C) is impregnated.
Mittel zur Stabilisierung: Means of stabilization:
Das Mittel zur Stabilisierung dient dazu, die flächige Anordnung des Trägermaterials (imprägnierte oder nicht-imprägnierte Aktivkohle; festes, mit Permanganatsalz impräg niertes Trägermaterial) gegen mechanische Einwirkung zu stabilisieren und das Träger material zu immobilisieren. The stabilizing agent serves to stabilize the planar arrangement of the carrier material (impregnated or non-impregnated activated carbon; solid carrier material impregnated with permanganate salt) against mechanical effects and to immobilize the carrier material.
In einer Ausführungsform umfasst eine, zwei oder jede der Schichten (A) bis (C) ein Mittel zur Stabilisierung. In einer weiteren Ausführungsformumfassen zwei oder mehr der Schichten (A) bis (C) ein Mittel zur Stabilisierung und in den zwei oder mehr Schich ten liegen das gleiche Mittel zur Stabilisierung oder unterschiedliche Mittel zur Stabili sierung vor. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jede der Schichten (A) bis (C) ein Mittel zur Stabilisierung. In einer Ausführungsform ist das Mittel zur Stabilisierung ausgewählt aus einem Klebstoff, einer Trägerlage und einer Kombination davon. Die Menge und/oder die Art des Mittels zur Stabilisierung sollte so gewählt werden, dass ein Druckabfall des das Filtermedium durchströmenden Gases weitestgehend vermieden wird. Bei dem Mittel zur Stabilisierung sollte es somit um ein luftdurchlässiges Mittel handeln. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Trägerlage um eine textile Trägerlage. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der textilen Trägerlage um ein Vlies. In einer weiter bevorzugten Ausführungs form besteht das Vlies aus Polymerfasern. Bevorzugte Polymer-Bestandteile des Vlie ses können ausgewählt werden aus Polyurethan, Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polyamid, Polyacrylnitril, Polycarbonat, und Kombinationen davon. In one embodiment, one, two or each of layers (A) to (C) comprises an agent for stabilization. In a further embodiment, two or more of the layers (A) to (C) comprise an agent for stabilization and the same agent for stabilization or different agents for stabilization are present in the two or more layers. In a preferred embodiment, each of the layers (A) to (C) comprises an agent for stabilization. In one embodiment, the stabilizing agent is selected from an adhesive, a carrier layer and a combination thereof. The amount and / or the type of stabilizing agent should be selected so that a pressure drop in the gas flowing through the filter medium is largely avoided. The stabilizing agent should therefore be an air-permeable agent. In a preferred embodiment, the carrier layer is a textile carrier layer. In a particularly preferred embodiment, the textile carrier layer is a fleece. In a further preferred embodiment, the fleece consists of polymer fibers. Preferred polymer components of the fleece can be selected from polyurethane, polyester, polypropylene, polyethylene, polyamide, polyacrylonitrile, polycarbonate, and combinations thereof.
Die Wahl eines geeigneten Mittels der Stabilisierung kann je nach Beschaffenheit der zu stabilisierenden Schicht (A), (B) und/oder (C) vorgenommen werden, insbesondere in Abhängigkeit von chemischen und physikalischen Parameter wie Flächengewicht, Korngröße, BET-Oberfläche, Zusammensetzung, Imprägnierung bzw. Imprägnierungs grad. Weiterhin kann die Wahl eines geeigneten Mittels der Stabilisierung von der Menge des Trägermaterials (imprägnierte oder nicht-imprägnierte Aktivkohle; festes, mit Permanganatsalz imprägniertes Trägermaterial) auf einer bestimmten Schicht abhän- gen. Je nach Bedarf, kann so eine einzelne Schicht zur Stabilisierung ausreichen oder es werden ein oder mehrere Mittel zur Stabilisierung kombiniert. The choice of a suitable means of stabilization can be made depending on the nature of the layer to be stabilized (A), (B) and / or (C), in particular depending on chemical and physical parameters such as weight per unit area, grain size, BET surface area, composition, Impregnation or degree of impregnation. Furthermore, the choice of a suitable means of stabilization can depend on the amount of carrier material (impregnated or non-impregnated activated carbon; solid carrier material impregnated with permanganate salt) on a specific layer single layer is sufficient for stabilization or one or more stabilizers are combined.
Optionale Schicht (D) Optional layer (D)
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann das Filtermedium zumindest noch eine weitere Schicht aufweisen, die säureimprägnierte Aktivkohle, Kaliumiodid-impräg nierte Aktivkohle, ein textiles flächiges Material oder eine Kombination davon umfasst. According to yet another embodiment, the filter medium can have at least one further layer that comprises acid-impregnated activated carbon, potassium iodide-impregnated activated carbon, a flat textile material or a combination thereof.
Eine weitere Schicht kann somit säureimprägnierte Aktivkohle umfassen, wobei die Säure insbesondere ausgewählt ist aus Phosphorsäure (FI3PO4), Schwefelsäure (FI2SO4), und einer Kombination davon. Die Säureimprägnierung dient beispielsweise der gezielten Entfernung von alkalischen Gasen wie Ammoniak oder Aminen. A further layer can thus comprise acid-impregnated activated carbon, the acid being selected in particular from phosphoric acid (FI3PO 4 ), sulfuric acid (FI 2 SO 4 ), and a combination thereof. Acid impregnation is used, for example, to specifically remove alkaline gases such as ammonia or amines.
Ferner kann eine weitere Schicht Kaliumiodid-imprägnierte Aktivkohle umfassen, die zur gezielten Entfernung von Schadgasen wie Schwefelwasserstoff (H2S) und Merkaptanen geeignet ist. Furthermore, a further layer can comprise potassium iodide-impregnated activated carbon, which is suitable for the targeted removal of harmful gases such as hydrogen sulfide (H 2 S) and mercaptans.
Eine weitere Schicht kann textiles flächiges Material umfassen, die aus Naturfasern, synthetischen Polymerfasern oder einer Kombination davon besteht. Diese Schicht dient der Entfernung von Partikeln aus dem durchströmenden Gas. Bei dem textilen flächigen Material handelt es sich dabei um ein Gewebe, ein Gewirke, ein Gestrick oder Vlies. A further layer can comprise flat textile material which consists of natural fibers, synthetic polymer fibers or a combination thereof. This layer serves to remove particles from the gas flowing through. With the textile Flat material is a woven fabric, a knitted fabric, a knitted fabric or a fleece.
Filtermedium Filter medium
Die Schichten (B) und (C) sind im Filtermedium so angeordnet, dass ein durch das Fil termedium strömendes Gas die Schicht (B) vor der Schicht (C) durchströmt. Durch die ses besondere Merkmal können Schadgase auf höchsteffiziente Art und Weise aus der Umgebungsluft entfernt werden. Dabei werden Schadgase (z.B. NO) zunächst in Schicht (B) oxidiert (z.B. NO2) und anschließend auf der basisch-imprägnierten Aktiv kohle der Schicht (C) effizient abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt vorzugsweise durch Chemisorption. Es wird eine gezielte und effiziente Entfernung von unerwünsch ten sauren Gasen (wie Stickoxiden) aus der Luft erreicht. Layers (B) and (C) are arranged in the filter medium in such a way that a gas flowing through the filter medium flows through layer (B) before layer (C). This special feature allows harmful gases to be removed from the ambient air in the most efficient way. In the process, harmful gases (eg NO) are first oxidized in layer (B) (eg NO 2 ) and then efficiently deposited on the basic-impregnated activated carbon of layer (C). The deposition is preferably carried out by chemisorption. A targeted and efficient removal of undesirable acidic gases (such as nitrogen oxides) from the air is achieved.
Die Schicht (A) ist so angeordnet, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) oder die Schicht (A) nach der Schicht (C) durchströmt. The layer (A) is arranged in such a way that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) before the layer (B) or the layer (A) after the layer (C).
In einer Ausführungsform wird die Schicht (A) im Filtermedium ausströmseitig angeord net (Gas durchströmt Schicht (A) nach Schichten (B) und (C)). Bei dieser Anordnung kann vermieden werden, dass unerwünschte und daher abzutrennende Bestandteile des Gasstroms durch Kontakt mit Aktivkohle der Schicht (A) zunächst reduziert werden und dann beim Passieren der Schicht (B) erneut oxidiert werden müssen, um in Schicht (C) chemisorbiert werden zu können. Die oxidative Kapazität der Schicht (B) kann somit effizienter genutzt werden und die Standzeit der Schicht (B) erhöht werden. In one embodiment, the layer (A) in the filter medium is arranged on the outflow side (gas flows through layer (A) after layers (B) and (C)). With this arrangement it can be avoided that undesired and therefore separated constituents of the gas flow are first reduced by contact with activated carbon of layer (A) and then have to be oxidized again when passing through layer (B) in order to be chemisorbed in layer (C) can. The oxidative capacity of layer (B) can thus be used more efficiently and the service life of layer (B) can be increased.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Schicht (A) im Filtermedium anströmsei- tig angeordnet (Gas durchströmt Schicht (A) vor Schichten (B) und (C)). Bei dieser An ordnung können Schadgase zumindest teilweise abgetrennt werden, bevor der Gasstrom die Schichten (B) und (C) erreicht. Auch in diesem Fall kann die Kapazität der Schichten (B) und (C) somit effizient für solche Schadgase genutzt werden, die in der Schicht (A) nicht adsorbiert werden können, so dass die Standzeit der Schichten (B) und (C) erhöht werden kann. In a preferred embodiment, layer (A) is arranged in the filter medium on the inflow side (gas flows through layer (A) before layers (B) and (C)). In this arrangement, harmful gases can be at least partially separated before the gas stream reaches layers (B) and (C). In this case, too, the capacity of layers (B) and (C) can thus be used efficiently for those harmful gases that cannot be adsorbed in layer (A), so that the service life of layers (B) and (C) is increased can be.
In einer weiteren Ausführungsform weist jede der Schichten (A) bis (C) eine unterschied liche Zusammensetzung auf. Durch dieses Merkmal wird insbesondere eine gezielte Aufeinanderfolge von den Reaktionen erreicht, wodurch Schadgase schichtweise zu Schadgas-Intermediaten umgesetzt werden und schließlich irreversibel an Schicht (C) abgeschieden werden. Es können so unerwünschte und kontraproduktive Nebenreakti onen vermieden werden. In a further embodiment, each of the layers (A) to (C) has a different composition. This feature is particularly targeted Successive reactions achieved, whereby harmful gases are converted into harmful gas intermediates in layers and finally irreversibly deposited on layer (C). In this way, undesirable and counterproductive side reactions can be avoided.
In Fig. 1 ist ein Filtermedium 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt, insbesondere für einen Luftfilter, insbesondere einen Innenraumfilter oder für eine Brennstoffzelle, wobei das Filtermedium eine äußere Schicht (A) 12, die Aktivkohlepar tikel 12a umfasst; eine zweite, mittlere Schicht (B) 14, die ein Partikel aus festem Trä germaterial umfasst, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist 14a; und eine dritte, äußere Schicht 16, die basisch imprägnierte Aktivkohlepartikel 16a umfasst. Die Aktivkohlepartikel 12a der Schicht (A) 12 des Filtermediums 10 können, wie in Fig. 1 schematisch gezeigt, auch durch Zusatz eines Mittels zur Stabilisierung 18, beispiels weise eines Klebstoffs, immobilisiert werden. Der Klebstoff 18 kann vorteilhaft auf Basis von Polyurethan sein. Die Aktivkohlepartikel 12a der Schicht (A) 12 können ein Flächen gewicht von 50 bis 600 g/m2 aufweisen, insbesondere von 100 bis 500 g/m2, bevorzugt 150 bis 400 g/m2, mehr bevorzugt 200 bis 300 g/m2. Die Schicht (A) 12 ermöglicht vor teilhaft eine Vorabscheidung von Schadgasen aus der Umgebungsluft auf. Es kann je doch in Schicht (A) eine Reduktion von NO2 zu NO erfolgen. In Fig. 1, a filter medium 10 is shown according to an embodiment of the invention, in particular for an air filter, in particular an interior filter or for a fuel cell, the filter medium having an outer layer (A) 12, the activated carbon particles 12a comprises; a second, middle layer (B) 14 which comprises a particle of solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt 14a; and a third, outer layer 16 comprising basic impregnated activated carbon particles 16a. The activated carbon particles 12a of the layer (A) 12 of the filter medium 10 can, as shown schematically in FIG. 1, also be immobilized by adding an agent for stabilization 18, for example an adhesive. The adhesive 18 can advantageously be based on polyurethane. The activated carbon particles 12a of the layer (A) 12 can have a weight per unit area of 50 to 600 g / m 2 , in particular from 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 2 . The layer (A) 12 allows before geous a pre-separation of harmful gases from the ambient air. However, a reduction of NO2 to NO can take place in layer (A).
Die Partikel aus festem Trägermaterial, die mit einem Permanganatsalz imprägniert sind 14a, der zweiten, mittleren Schicht (B) 14, des Filtermediums 10 können wie in Fig. 1 schematisch gezeigt auch durch Zusatz eines Mittels zur Stabilisierung 18, beispiels weise eines Klebstoffs, immobilisiert werden. Der Klebstoff 18 kann beispielsweise auf Basis von Polyurethan sein. Die mittlere Schicht (B) 14 weist Permanganatsalz-impräg- nierte, feste Trägermaterialpartikel auf, an denen u.a. Stickstoffmonoxid-Moleküle (NO) zu Stickstoffdioxid-Molekülen (NO2) oxidiert werden. Beispielsweise kann der Impräg nierungsgrad 1 bis 30 Gew. % sein, insbesondere 2 bis 20 Gew. %, bevorzugt 3 bis 15 Gew. %, besonders bevorzugt 4 bis 12 Gew. %. The particles of solid carrier material which are impregnated with a permanganate salt 14a, the second, middle layer (B) 14, of the filter medium 10 can, as shown schematically in FIG. 1, also be immobilized by adding a stabilizing agent 18, for example an adhesive become. The adhesive 18 can be based on polyurethane, for example. The middle layer (B) 14 has permanganate salt-impregnated, solid carrier material particles on which, among other things, Nitric oxide molecules (NO) are oxidized to nitrogen dioxide molecules (NO2). For example, the degree of impregnation can be 1 to 30% by weight, in particular 2 to 20% by weight, preferably 3 to 15% by weight, particularly preferably 4 to 12% by weight.
Besonders vorteilhaft können die Partikel 14a der mittleren Schicht 14 ein Flächenge wicht von 50 bis 600 g/m2 haben, insbesondere von 100 bis 500 g/m2, bevorzugt 150 bis 400 g/m2, mehr bevorzugt 200 bis 300 g/m2. Die basisch imprägnierte Aktivkohlepartikel 16a der zweiten Schicht (C) 16 können wie in Fig. 1 schematisch gezeigt auch durch Zusatz eines Mittels zur Stabilisierung 18, bei spielsweise eines Klebstoffs, immobilisiert werden. Der Klebstoff 18 kann vorteilhaft auf Basis von Polyurethan sein. Die dritte Schicht (C) 16 weist basisch imprägnierte Aktiv kohlepartikel 16a auf, an denen Stickstoffdioxid-Moleküle (NO2) durch Chemisorption abgeschieden werden. Die Chemisorption ermöglicht hierbei eine gegenüber der Phy- sisorption chemische und damit stärkere Bindung an das Adsorbens, wodurch Schad gase (insbesondere Stickoxide) vorteilhaft gebunden werden. The particles 14a of the middle layer 14 can particularly advantageously have a surface weight of 50 to 600 g / m 2 , in particular 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 2 . The basic impregnated activated carbon particles 16a of the second layer (C) 16 can, as shown schematically in FIG. 1, also be immobilized by adding an agent for stabilization 18, for example an adhesive. The adhesive 18 can advantageously be based on polyurethane. The third layer (C) 16 has basic impregnated activated carbon particles 16a on which nitrogen dioxide molecules (NO2) are deposited by chemisorption. Chemisorption enables a chemical and therefore stronger bond to the adsorbent than physisorption, whereby harmful gases (in particular nitrogen oxides) are advantageously bound.
Besonders vorteilhaft können die Partikel 16a der dritten Schicht (C) 16 ein Flächenge wicht von 100 bis 500 g/m2 haben, bevorzugt 150 bis 400 g/m2, mehr bevorzugt 200 bis 300 g/m2. The particles 16a of the third layer (C) 16 can particularly advantageously have a surface weight of 100 to 500 g / m 2 , preferably 150 to 400 g / m 2 , more preferably 200 to 300 g / m 2 .
Das Filtermedium 10 kann zudem eine Trägerlage 22, insbesondere eine textile Träger lage 22, insbesondere eine als Vlies ausgebildete Trägerlage 22, aufweisen. The filter medium 10 can also have a carrier layer 22, in particular a textile carrier layer 22, in particular a carrier layer 22 designed as a fleece.
Das in Fig. 2 gezeigte Filtermedium entspricht dem in Fig. 1 gezeigten im Wesentlichen. Das Filtermedium 10 weist zudem eine Partikelfilterlage 20 auf, die insbesondere als eine oder mehrere Vlieslage(n) ausgebildet sein kann. The filter medium shown in FIG. 2 essentially corresponds to that shown in FIG. 1. The filter medium 10 also has a particle filter layer 20, which can in particular be designed as one or more fleece layer (s).
Filtermedienkörper Filter media body
Der Filtermedienkörper umfasst ein erfindungsgemäßes Filtermedium und mindestens ein Seitenband und/oder mindestens ein Kopfband. In einer Ausführungsform ist der Filtermedienkörper als Wickelkörper, geschichtet als Flachfilter oder gefaltet als Filter balg ausgebildet. The filter media body comprises a filter medium according to the invention and at least one side band and / or at least one head band. In one embodiment, the filter media body is designed as a wound body, layered as a flat filter or folded as a filter bellows.
Filterelement Filter element
Das Filterelement umfasst einen erfindungsgemäßen Filtermedienkörper und/oder um fasst ein erfindungsgemäßes Filtermedium und einen Rahmen, mindestens ein Hal teelement und/oder mindestens eine Dichtung. The filter element comprises a filter media body according to the invention and / or comprises a filter medium according to the invention and a frame, at least one Hal teelement and / or at least one seal.
Luftfilter Air filter
Der Luftfilter umfasst einen erfindungsgemäßen Filtermedienkörper und/oder ein erfin dungsgemäßes Filtermedium. Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums The air filter comprises a filter media body according to the invention and / or a filter medium according to the invention. Method of manufacturing a filter medium
Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Filtermediums umfassend die Schritte: Aufbringen einer Schicht (A) umfassend Aktivkohle, Aufbringen einer Schicht (B) umfassend ein festes Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, Aufbringen einer Schicht (C) umfassend einer basisch imprägnierten Aktivkohle, wenn die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) durchströmt, oder A method for producing a filter medium according to the invention comprising the steps: applying a layer (A) comprising activated carbon, applying a layer (B) comprising a solid support material which is impregnated with a permanganate salt, applying a layer (C) comprising a basic impregnated activated carbon, if the layer (A) is arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) before the layer (B), or
ein Verfahren zur Herstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Filtermediums umfas send die Schritte: Aufbringen einer Schicht (B) umfassend ein festes Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, Aufbringen einer Schicht (C) umfassend einer basisch imprägnierten Aktivkohle, Aufbringen einer Schicht (A) umfassend Aktiv kohle, wenn die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strö mendes Gas die Schicht (A) nach der Schicht (C) durchströmt, so dass a method for producing a further filter medium according to the invention comprising the steps: applying a layer (B) comprising a solid carrier material impregnated with a permanganate salt, applying a layer (C) comprising a basic impregnated activated carbon, applying a layer (A) comprising Activated carbon if the layer (A) is arranged in such a way that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) after the layer (C), so that
die Schichten (B) und (C) so angeordnet sind, dass ein durch das Filtermedium strö mendes Gas die Schicht (B) vor der Schicht (C) durchströmt, die Schicht (A) so ange ordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) oder die Schicht (A) nach der Schicht (C) durchströmt. the layers (B) and (C) are arranged in such a way that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (B) before the layer (C); the layer (A) is arranged in such a way that a gas flowing through the filter medium Gas flows through the layer (A) before the layer (B) or the layer (A) after the layer (C).
In einer Ausführungsform weist jede der aufgebrachten Schichten (A) bis (C) eine un terschiedliche Zusammensetzung auf. In one embodiment, each of the applied layers (A) to (C) has a different composition.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Filtermediums, wobei mindestens eine weitere Schicht (D) auf die zuerst und auf die zuletzt aufgebrachte Schicht aufgebracht wird, oder mindestens eine weitere Schicht (D) auf die zuerst oder auf die zuletzt aufgebrachte Schicht aufgebracht wird. Another method for producing a filter medium according to the invention, wherein at least one further layer (D) is applied to the first and to the last applied layer, or at least one further layer (D) is applied to the first or to the last applied layer.
Verwendung use
Ein erfindungsgemäßes Filtermedium, ein erfindungsgemäßer Filtermedienkörper, ein erfindungsgemäßes Filterelement oder ein erfindungsgemäßer Luftfilter können in einer Vorrichtung zur Reinigung von Umgebungsluft verwendet werden. In bevorzugten Aus führungsformen kann es sich bei der Vorrichtung um einen Außenraum luftreiniger bzw. eine Umgebungsluftreinigungsvorrichtung, Klimatisierungsanlage, Lüftungsanlage, ein Ventilationssystem oder eine Brennstoffzelle, insbesondere einen Brennstoffzellenluft filter, insbesondere einen Brennstoffzellen-Kathodenluftfilter handeln. A filter medium according to the invention, a filter media body according to the invention, a filter element according to the invention or an air filter according to the invention can be used in a device for cleaning ambient air. In preferred embodiments, the device can be an outside air purifier or an ambient air purification device, air conditioning system, ventilation system Act ventilation system or a fuel cell, in particular a fuel cell air filter, in particular a fuel cell cathode air filter.
Beispiele Examples
Beispiel 1 - Filtermedium enthaltend drei Adsorbentien in dreischichtigem Aufbau Example 1 - filter medium containing three adsorbents in a three-layer structure
Es werden drei Adsorbentien bereitgestellt: (a) Aktivkohle, (b) mit Kaliumpermanganat imprägniertes Aluminiumoxid und (c) basisch imprägnierte Aktivkohle. Three adsorbents are provided: (a) activated carbon, (b) alumina impregnated with potassium permanganate, and (c) basic impregnated activated carbon.
Bei der in den Adsorbentien (a)-(c) enthaltenen Aktivkohle handelt es sich um Wasser dampfaktivierte Aktivkohle (Korngröße 30x60 mesh, spezifische Oberfläche 1000 m2/g;). Das Adsorbens (a) besteht aus dieser Aktivkohle, die ohne weitere Vorbehandlung ver wendet wird. The activated carbon contained in the adsorbents (a) - (c) is water vapor-activated activated carbon (grain size 30x60 mesh, specific surface 1000 m 2 / g;). The adsorbent (a) consists of this activated carbon, which is used without any further pretreatment.
Zur Herstellung des Adsorbens (b) wurde Aluminiumoxid mit einer wässrigen Lösung von Kaliumpermanganat (KMn04) imprägniert. To produce the adsorbent (b), aluminum oxide was impregnated with an aqueous solution of potassium permanganate (KMn0 4 ).
Das so erhaltene Adsorbens wies einen Imprägnierungsgrad von 6 % auf. Bis zur Ver wendung wurde das Adsorbens unter folgenden Bedingungen gelagert: 23 °C, 50 % r.F. The adsorbent thus obtained had a degree of impregnation of 6%. The adsorbent was stored under the following conditions until it was used: 23 ° C, 50% r.h.
Zur Herstellung des Adsorbens (c) wurde die Aktivkohle mit einer wässrigen Lösung aus Kaliumcarbonat imprägniert. To produce the adsorbent (c), the activated carbon was impregnated with an aqueous solution of potassium carbonate.
Die so erhaltene imprägnierte Aktivkohle wies einen Imprägnierungsgrad von 10 m.% auf. Bis zur Verwendung wurde die imprägnierte Aktivkohle unter folgenden Bedingun gen gelagert: 23 °C, 50 % r.F. The impregnated activated carbon thus obtained had a degree of impregnation of 10 m.%. The impregnated activated carbon was stored under the following conditions until it was used: 23 ° C, 50% r.h.
Aus diesen Adsorbentien (a)-(c) wurde ein Filtermedium mit dreischichtigem Aufbau her gestellt, indem eine Schicht des Adsorbens (a) mit einem Flächengewicht von 400 g/m2, eine Schicht des Adsorbens (b) mit einem Flächengewicht von 1300 g/m2 und eine Schicht des Adsorbens (c) mit einem Flächengewicht von 400 g/m2 jeweils auf einem porösen Träger mit einem Durchmesser von 185 mm angeordnet werden. Die porösen Träger mit der Schicht des jeweiligen Adsorbens wurden so übereinander angeordnet, dass die Adsorbentien in der Reihenfolge (a)— (b)— (c) durchströmt werden konnten, d.h. wie in Fig. 1 dargestellt. A filter medium with a three-layer structure was made from these adsorbents (a) - (c) by adding a layer of adsorbent (a) with a basis weight of 400 g / m 2 , a layer of adsorbent (b) with a basis weight of 1300 g / m 2 and a layer of the adsorbent (c) with a weight per unit area of 400 g / m 2 are each arranged on a porous support with a diameter of 185 mm. The porous supports with the layer of the respective adsorbent were arranged one above the other in such a way that that the adsorbents could flow through in the order (a) - (b) - (c), ie as shown in FIG.
Um die Adsorptionseigenschaften des so gebildeten Filtermediums zu untersuchen, wurde das Filtermedium in einen Prüfstand eingesetzt und zunächst durch Erwärmen auf 80 °C für 15 Minuten konditioniert, während man das Testgasgemisch durch das Filtermedium strömen ließ. Als Testgas wurde Luft mit einer Temperatur von 23 ± 1 °C und einer relativen Feuchte von 50 ± 3 % verwendet, der 15 ± 1 ppm Stickstoffmonoxid (NO) und 15 ± 1 ppm Stickstoffdioxid (NO2) zugesetzt wurden. In order to examine the adsorption properties of the filter medium formed in this way, the filter medium was placed in a test stand and first conditioned by heating to 80 ° C. for 15 minutes while the test gas mixture was allowed to flow through the filter medium. The test gas used was air with a temperature of 23 ± 1 ° C and a relative humidity of 50 ± 3%, to which 15 ± 1 ppm nitrogen monoxide (NO) and 15 ± 1 ppm nitrogen dioxide (NO2) were added.
Nach dem Konditionieren ließ man dieses Testgas mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/s (± 2 %) während einer Testdauer von 60 Minuten durch das Filtermedium strömen. Es wurden der Druckverlust über das Filtermedium und die Konzentration der Gesamt stickoxide (NOx) und des Stickstoffmonoxids (NO) im abströmenden Testgas (d.h. nach Durchströmen des Filtermediums) parallel gemessen (FTIR), wobei über die gesamte Testdauer alle 10 Sekunden Messwerte aufgezeichnet wurden. Die Konzentration des Stickstoffdioxids (NO2) wurde als Differenz aus der Konzentration der Gesamtstickoxide (NOx) und der Konzentration des Stickstoffmonoxids (NO) berechnet. Die adsorbierte Menge des Stickstoffdioxids (NO2) und des Stickstoffmonoxids (NO) wird anhand des Volumenstroms, der Konzentration des Stickstoffdioxids (NO2) und des Stickstoffmono xids (NO) im abströmenden Testgas und der Molekülmasse von Stickstoffdioxids (M(N02) = 46,01 g/mol) und des Stickstoffmonoxids (M(NO) = 30,01 g/mol) berechnet. Soweit hier nicht anders beschrieben, sind alle Testbedingungen und Parameter gemäß ISO 1 1 155-2 gewählt. After conditioning, this test gas was allowed to flow through the filter medium at a speed of 10 cm / s (± 2%) for a test duration of 60 minutes. The pressure loss across the filter medium and the concentration of total nitrogen oxides (NOx) and nitrogen monoxide (NO) in the outflowing test gas (i.e. after flowing through the filter medium) were measured in parallel (FTIR), with measured values being recorded every 10 seconds over the entire duration of the test. The concentration of nitrogen dioxide (NO2) was calculated as the difference between the concentration of total nitrogen oxides (NOx) and the concentration of nitrogen monoxide (NO). The adsorbed amount of nitrogen dioxide (NO2) and nitrogen monoxide (NO) is calculated based on the volume flow, the concentration of nitrogen dioxide (NO2) and nitrogen monoxide (NO) in the outflowing test gas and the molecular mass of nitrogen dioxide (M (N0 2 ) = 46, 01 g / mol) and nitrogen monoxide (M (NO) = 30.01 g / mol). Unless otherwise described here, all test conditions and parameters are selected in accordance with ISO 11155-2.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Konzentration von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid werden relativ zur Konzentration des jeweiligen Gases vor dem Durchströmen des Filtermediums in Prozent angegeben. Da Stickstoffdioxid bei Inkon taktbringen mit Aktivkohle zum Teil zu Stickstoffmonoxid reagiert, werden im abströmen den Testgas in einigen Fällen relative Konzentrationen von Stickstoffmonoxid von mehr als 100 % beobachtet. The results are shown in Table 1. The concentration of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide are given in percent relative to the concentration of the respective gas before it flows through the filter medium. Since nitrogen dioxide sometimes reacts with activated carbon to form nitrogen monoxide when it is brought into contact, relative concentrations of nitrogen monoxide of more than 100% are observed in some cases in the test gas flowing out.
Verqleichsbeispiel 1 - Filtermedium enthaltend drei Adsorbentien in Mischung in ein schichtigem Aufbau Unter Verwendung der Adsorbentien (a)-(c) wie in Beispiel 1 beschrieben wurde ein einschichtiges Filtermedium hergestellt. Dazu wurde eine Schicht mit einem Flächenge wicht von 2100 g/m2 aus einer homogenen Mischung von 400 Gewichtsteilen des Ad sorbens (a), 1300 Gewichtsteilen des Adsorbens (b) und 400 Gewichtsteilen des Adsor bens (c) auf einem porösen Träger mit einem Durchmesser von 185 mm gebildet. Comparative example 1 - filter medium containing three adsorbents mixed in a layered structure A single-layer filter medium was produced using adsorbents (a) - (c) as described in Example 1. For this purpose, a layer with a surface weight of 2100 g / m 2 of a homogeneous mixture of 400 parts by weight of the adsorbent (a), 1300 parts by weight of the adsorbent (b) and 400 parts by weight of the adsorbent (c) on a porous support with a Formed diameter of 185 mm.
Das so gebildete Filtermedium wurde in einen Prüfstand eingesetzt, konditioniert und seine Adsorptionseigenschaften wie im Beispiel 1 beschrieben untersucht. The filter medium formed in this way was placed in a test stand, conditioned and its adsorption properties examined as described in Example 1.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. The results are shown in Table 1.
Verqleichsbeispiel 2 - Filtermedium enthaltend ein Adsorbens in einschichtigem Aufbau Unter Verwendung des Adsorbens (a) wie in Beispiel 1 beschrieben wurde ein ein schichtiges Filtermedium hergestellt. Dazu wurde eine Schicht mit einem Flächenge wicht von 2100 g/m2 aus dem Adsorbens (a) auf einem porösen T räger mit einem Durch messer von 185 mm gebildet. Comparative Example 2 - Filter Medium Containing an Adsorbent in Single-Layer Structure Using the adsorbent (a) as described in Example 1, a single-layer filter medium was produced. For this purpose, a layer with a surface weight of 2100 g / m 2 was formed from the adsorbent (a) on a porous carrier with a diameter of 185 mm.
Das so gebildete Filtermedium wurde in einen Prüfstand eingesetzt, konditioniert und seine Adsorptionseigenschaften wie im Beispiel 1 beschrieben untersucht. The filter medium formed in this way was placed in a test stand, conditioned and its adsorption properties examined as described in Example 1.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. The results are shown in Table 1.
Tabelle 1 : Adsorptionseigenschaften der Filtermedien Table 1: Adsorption properties of the filter media
- Durchbruch von NO und NO2 zu verschiedenen Messzeitpunkten - Breakthrough of NO and NO2 at different measurement times
- Adsorbierte Menge (NO/N02/gesamt NOx) nach 60 Minuten - Amount adsorbed (NO / N0 2 / total NO x ) after 60 minutes
Überraschenderweise wurde gefunden, dass das Filtermedium gemäß Beispiel 1 , d.h. ein Filtermedium mit drei Adsorbentien (a), (b) und (c) in dreischichtigem Aufbau, einen deutlich geringeren NC -Durchbruch (zum Zeitpunkt t = 60 Minuten: 1 ,2 % vs. 16,6 %, d.h. eine um den Faktor (1 ,2/16,6 =) 13 geringere Konzentration) zeigt und in der Lage ist, eine höhere Menge NOx (+ 7,3 %) zu adsorbieren, als das Filtermedium gemäß Ver gleichsbeispiel 1 , d.h. ein Filtermedium mit drei Adsorbentien (a), (b) und (c) in Mischung in einschichtigem Aufbau mit gleichem Gesamtflächengewicht. Surprisingly, it was found that the filter medium according to Example 1, ie a filter medium with three adsorbents (a), (b) and (c) in a three-layer structure, had a significantly lower NC breakthrough (at time t = 60 minutes: 1.2% vs. 16.6%, ie a concentration lower by the factor (1, 2 / 16.6 =) 13) and is able to adsorb a higher amount of NO x (+ 7.3%) than that Filter medium according to comparative example 1, ie a filter medium with three adsorbents (a), (b) and (c) in a mixture in a single-layer structure with the same total weight per unit area.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Filtermedium umfassend drei Schichten (A) bis (C), wobei 1. Filter medium comprising three layers (A) to (C), wherein
die Schicht (A) nicht imprägnierte Aktivkohle umfasst, the layer (A) comprises non-impregnated activated carbon,
die Schicht (B) ein festes Trägermaterial umfasst, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und the layer (B) comprises a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt, and
die Schicht (C) basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst, the layer (C) comprises basic impregnated activated carbon,
wobei in which
die Schichten (B) und (C) so angeordnet sind, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (B) vor der Schicht (C) durchströmt, und the layers (B) and (C) are arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (B) before the layer (C), and
die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) oder die Schicht (A) nach der Schicht (C) durchströmt. the layer (A) is arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) before the layer (B) or the layer (A) after the layer (C).
2. Filtermedium gemäß Anspruch 1 , wobei jede der Schichten (A) bis (C) eine unter schiedliche Zusammensetzung aufweist. 2. Filter medium according to claim 1, wherein each of the layers (A) to (C) has a different composition under.
3. Filtermedium gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine, zwei oder jede ein zelne der Schichten (A) bis (C) ein Mittel zur Stabilisierung der Schicht umfasst, wobei das gleiche Mittel zur Stabilisierung der Schicht oder unterschiedliche Mittel zur Stabilisierung vorliegen können, wenn zwei oder mehr der Schichten (A) bis (C) ein Mittel zur Stabilisierung der Schicht umfassen. 3. Filter medium according to claim 1 or claim 2, wherein one, two or each of the individual layers (A) to (C) comprises an agent for stabilizing the layer, wherein the same agent for stabilizing the layer or different agents for stabilizing can be present when two or more of the layers (A) to (C) comprise an agent for stabilizing the layer.
4. Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1 -3, wobei das Mittel zur Stabilisierung der Schicht jeweils ausgewählt ist aus einem Klebstoff, einer Trägerlage, bevorzugt einer textilen Trägerlage, insbesondere einem Vlies, und einer Kombination davon, wobei das Vlies vorzugsweise aus Polymerfasern besteht, wobei das Polymer aus gewählt ist aus Polyurethan, Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polyamid, Po lyacrylnitril, Polycarbonat und Kombinationen davon. 4. Filter medium according to one of claims 1 -3, wherein the means for stabilizing the layer is selected from an adhesive, a carrier layer, preferably a textile carrier layer, in particular a fleece, and a combination thereof, wherein the fleece preferably consists of polymer fibers, wherein the polymer is selected from polyurethane, polyester, polypropylene, polyethylene, polyamide, polyacrylonitrile, polycarbonate and combinations thereof.
5. Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1 -4, wobei 5. Filter medium according to any one of claims 1 -4, wherein
die Schicht (A) Aktivkohle, aber kein Trägermaterial, das mit einem Permanga natsalz imprägniert ist, und keine basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst; the layer (A) comprises activated carbon, but no carrier material which is impregnated with a permangnate salt, and no basic impregnated activated carbon;
die Schicht (B) ein festes Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz impräg niert ist, aber keine nicht imprägnierte Aktivkohle und keine basisch imprägnierte Aktivkohle umfasst; die Schicht (C) basisch imprägnierte Aktivkohle, aber kein Trägermaterial, das mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, und keine nicht imprägnierte Aktivkohle umfasst. the layer (B) a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt, but does not comprise any non-impregnated activated carbon and no basic impregnated activated carbon; the layer (C) comprises basic impregnated activated carbon, but no carrier material which is impregnated with a permanganate salt, and no non-impregnated activated carbon.
6. Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1 -5, wobei 6. Filter medium according to one of claims 1 -5, wherein
die Schicht (A) aus nicht imprägnierter Aktivkohle und einem Mittel zur Stabilisie rung der Schicht besteht; the layer (A) consists of non-impregnated activated carbon and an agent for stabilizing the layer;
die Schicht (B) aus einem festen Trägermaterial und einem Mittel zur Stabilisierung der Schicht, die mit einem Permanganatsalz imprägniert ist, besteht; the layer (B) consists of a solid carrier material and an agent for stabilizing the layer which is impregnated with a permanganate salt;
die Schicht (C) aus basisch imprägnierter Aktivkohle und einem Mittel zur Stabili sierung der Schicht besteht. the layer (C) consists of basic impregnated activated carbon and an agent for stabilizing the layer.
7. Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1 -6, wobei eine, mehrere oder jede der Schichten (A) bis (C) jeweils ein Flächengewicht von 50 bis 600 g/m2, bevorzugt 100 bis 500 g/m2, mehr bevorzugt 150 bis 400 g/m2, am meisten bevorzugt 200 bis 300 g/m2 hat. 7. Filter medium according to one of claims 1-6, wherein one, more or each of the layers (A) to (C) each have a basis weight of 50 to 600 g / m 2 , preferably 100 to 500 g / m 2 , more preferably 150 to 400 g / m 2 , most preferably 200 to 300 g / m 2 .
8. Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1 -7, wobei das feste T rägermaterial der Schicht (B) ausgewählt ist aus Aluminiumoxid (AI2O3), Kieselgel (S1O2), Zirkonoxid (Zr02), Titanoxid (T1O2), Zeolith, Kaolin, Ton, Bauxit und einer Kombination davon; und/oder wobei das Permanganatsalz, mit dem das feste Trägermaterial der Schicht (B) imprägniert ist, ausgewählt ist aus Natriumpermanganat (NaMnC ), Kaliumpermanganat (KMnC ), und einer Kombination davon. 8. Filter medium according to one of claims 1 -7, wherein the solid support material of the layer (B) is selected from aluminum oxide (Al2O3), silica gel (S1O2), zirconium oxide (Zr0 2 ), titanium oxide (T1O2), zeolite, kaolin, clay , Bauxite and a combination thereof; and / or wherein the permanganate salt with which the solid support material of the layer (B) is impregnated is selected from sodium permanganate (NaMnC), potassium permanganate (KMnC), and a combination thereof.
9. Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1 -8, wobei das feste T rägermaterial der Schicht (B) Aluminiumoxid (AI2O3) ist , 9. Filter medium according to one of claims 1 -8, wherein the solid support material of the layer (B) is aluminum oxide (Al2O3),
10. Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1 -9, wobei die Aktivkohle der Schicht (A) und/oder die basisch imprägnierte Aktivkohle der Schicht (C) eine Korngröße von 10 bis 80 mesh, bevorzugt 30 bis 60 mesh aufweist. 10. Filter medium according to one of claims 1-9, wherein the activated carbon of the layer (A) and / or the basic impregnated activated carbon of the layer (C) has a grain size of 10 to 80 mesh, preferably 30 to 60 mesh.
11. Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1 -10, wobei die Aktivkohle der Schicht (A) und/oder die basisch imprägnierte Aktivkohle in Schicht (C) eine BET-Oberflä- che von 300-1500 m2/g aufweist, insbesondere 500-1500 m2/g. 11. Filter medium according to one of claims 1 -10, wherein the activated carbon of layer (A) and / or the basic impregnated activated carbon in layer (C) has a BET surface area of 300-1500 m 2 / g, in particular 500- 1500 m 2 / g.
12. Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1 -11 , wobei die Base, mit der die Ak tivkohle der Schicht (C) imprägniert ist, ausgewählt ist aus Kaliumhydroxid (KOFI), Natriumhydroxid (NaOFI), Kaliumcarbonat (K2CO3), Natriumcarbonat (Na2C03) und einer Kombination davon; und/oder wobei die basisch imprägnierte Aktivkohle der Schicht (C) einen Imprägnierungsgrad von 1 bis 30 Gew.%, bevorzugt 5 bis 20 Gew.%, mehr bevorzugt 10 bis 15 Gew.% aufweist. 12. Filter medium according to one of claims 1-11, wherein the base with which the active carbon of the layer (C) is impregnated is selected from potassium hydroxide (KOFI), sodium hydroxide (NaOFI), potassium carbonate (K2CO3), sodium carbonate (Na 2 C03) and a combination thereof; and / or wherein the basic impregnated activated carbon of layer (C) has a degree of impregnation of 1 to 30% by weight, preferably 5 to 20% by weight, more preferably 10 to 15% by weight.
13. Filtermedienkörper, umfassend ein Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1 -12, und mindestens ein Seitenband und/oder mindestens ein Kopfband. 13. Filter media body, comprising a filter medium according to one of claims 1 -12, and at least one side band and / or at least one head band.
14. Filterelement umfassend (i) einen Filtermedienkörper gemäß Anspruch 13 oder ein Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1 -12 und (ii) einen Rahmen, mindes tens ein Flalteelement und/oder mindestens eine Dichtung. 14. A filter element comprising (i) a filter media body according to claim 13 or a filter medium according to any one of claims 1-12 and (ii) a frame, at least one pleat element and / or at least one seal.
15. Luftfilter umfassend ein Gehäuse und ein Filterelement gemäß Anspruch 14, ein Filtermedienkörper gemäß Anspruch 13 oder ein Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1-12. 15. Air filter comprising a housing and a filter element according to claim 14, a filter media body according to claim 13 or a filter medium according to any one of claims 1-12.
16. Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums umfassend drei Schichten (A) bis (C) gemäß einem der Ansprüche 1-12, umfassend die Schritte: 16. A method for producing a filter medium comprising three layers (A) to (C) according to any one of claims 1-12, comprising the steps:
(i) Aufbringen einer Schicht (A) umfassend Aktivkohle; (i) applying a layer (A) comprising activated carbon;
(ii) Aufbringen einer Schicht (B) umfassend ein festes Trägermaterial, das mit ei nem Permanganatsalz imprägniert ist; (ii) applying a layer (B) comprising a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt;
(iii) Aufbringen einer Schicht (C) umfassend einer basisch imprägnierten Aktiv kohle, (iii) applying a layer (C) comprising a basic impregnated activated carbon,
wenn die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömen des Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) durchströmt; when the layer (A) is arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) before the layer (B);
oder umfassend die Schritte: or comprehensive the steps:
(i) Aufbringen einer Schicht (B) umfassend ein festes Trägermaterial, das mit ei nem Permanganatsalz imprägniert ist; (i) applying a layer (B) comprising a solid carrier material which is impregnated with a permanganate salt;
(ii) Aufbringen einer Schicht (C) umfassend einer basisch imprägnierten Aktiv kohle, (ii) applying a layer (C) comprising a basic impregnated activated carbon,
(iii) Aufbringen einer Schicht (A) umfassend Aktivkohle, (iii) applying a layer (A) comprising activated carbon,
wenn die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömen des Gas die Schicht (A) nach der Schicht (C) durchströmt; when the layer (A) is arranged such that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (A) after the layer (C);
so dass so that
die Schichten (B) und (C) so angeordnet sind, dass ein durch das Filtermedium strömendes Gas die Schicht (B) vor der Schicht (C) durchströmt, the layers (B) and (C) are arranged so that a gas flowing through the filter medium flows through the layer (B) before the layer (C),
die Schicht (A) so angeordnet ist, dass ein durch das Filtermedium strömendes the layer (A) is arranged so that a flowing through the filter medium
Gas die Schicht (A) vor der Schicht (B) oder die Schicht (A) nach der Schicht (C) durchströmt. Gas flows through the layer (A) before the layer (B) or the layer (A) after the layer (C).
17. Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums gemäß Anspruch 16, wobei jede der Schichten (A) bis (C) eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist. 17. A method for producing a filter medium according to claim 16, wherein each of the layers (A) to (C) has a different composition.
18. Verwendung eines Filtermediums gemäß einem der Ansprüche 1 -12, eines Filter medienkörpers gemäß Anspruch 13, eines Filterelements gemäß Anspruch 14 oder eines Luftfilters gemäß Anspruch 15 in einer Vorrichtung zur Reinigung von Umgebungsluft, wobei die Vorrichtung vorzugsweise eine Klimatisierungsanlage, eine Lüftungsanlage, ein Ventilationssystem oder eine Brennstoffzelle, insbeson dere einen Brennstoffzellenluftfilter, insbesondere einen Brennstoffzellen-Katho- denluftfilter ist. 18. Use of a filter medium according to one of claims 1 -12, a filter media body according to claim 13, a filter element according to claim 14 or an air filter according to claim 15 in a device for cleaning ambient air, the device preferably being an air conditioning system, a ventilation system Ventilation system or a fuel cell, in particular a fuel cell air filter, in particular a fuel cell cathode air filter.
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